АННОТАЦИЯ Целью данной работы было исследование методов передачи данных в сетях связи с подвижными объектами GSM. Были рассмотрены тенденции развития услуг мобильной передачи данных, методы передачи данных в сетях GSM: - Высокоскоростная передача данных с коммутацией каналов HSCSD; - Услуга пакетной передачи данных GPRS; - Следующий шаг в развитии мобильной передачи данных – технология EDGE. Далее была рассмотрена более подробно архитектура GPRS, ее основные отличия от существующей GSM, основные функции. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 4 4 Оглавление АННОТАЦИЯ ....................................................................................................4 ОГЛАВЛЕНИЕ...................................................................................................5 ВВЕДЕНИЕ .........................................................................................................8 1 ОБЗОР МЕТОДОВ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В СЕТЯХ GSM...............11 1.1 ЭВОЛЮЦИЯ СЕТЕЙ GSM................................................................................11 1.2 ВЫСОКОСКОРОСТНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ HSCSD ................................................12 1.3 СЛУЖБА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ GPRS ..............................................................14 1.3.1 Архитектура GPRS ...................................................................................14 1.3.2 Канальная структура и кодирование. .....................................................16 1.3.3 Биллинговая система для GPRS..............................................................18 1.4 СИСТЕМА РАДИОДОСТУПА EDGE. ................................................................19 1.4.1 Кодирование в стандарте EDGE. ............................................................21 2 ПАКЕТНАЯ ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ В СЕТЯХ GSM ...........................23 2.1 ОБЗОР ТЕХНОЛОГИИ GSM .............................................................................23 2.1.1 Общие характеристики стандарта GSM.................................................23 2.1.2 Структурная схема и состав оборудования сетей связи.......................25 2.1.3 Структура TDMA кадров.........................................................................26 2.1.4 Структура логических каналов управления. .........................................30 2.2 ТЕХНОЛОГИЯ GPRS.......................................................................................32 2.2.1 Основные концепции GPRS ....................................................................32 2.2.2 Общая архитектура и основные функции GPRS...................................34 2.2.2.1 Интерфейсы доступа и контрольные точки GPRS.............................34 2.2.2.2 Межсетевое взаимодействие ................................................................35 2.2.2.3 Функции высокого уровня, необходимые для GPRS ........................36 2.2.2.4 Логическая архитектура........................................................................42 2.2.2.5 Назначение функций к логической архитектуре................................45 2.2.3 Функции управления мобильностью......................................................46 2.2.3.1 Определение состояния ........................................................................46 2.2.3.2 Функциональные возможности в состояниях "ОТКЛЮЧЕНО"/ "ОЖИДАНИЕ" /"ГОТОВНОСТЬ"...................................................................48 2.2.3.3 Взаимодействие между SGSN и MSC/VLR ........................................54 2.2.3.4 Функция GPRS-подключения. .............................................................60 2.2.3.5 Функция отключения ............................................................................65 2.2.3.6 Функция удаления .................................................................................69 2.2.3.7 Функция безопасности ..........................................................................69 2.2.3.8 Функция управления положением.......................................................71 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 5 2.2.3.9 Функция управления пользователями.................................................73 2.2.4 Интерфейсы GPRS....................................................................................74 2.2.4.1 Структура логических каналов управления GPRS ............................74 2.2.4.2 Радиоинтерфейс Um ..............................................................................75 2.2.4.3 Интерфейс Gb.........................................................................................76 2.2.4.4 Интерфейс Abis......................................................................................78 2.2.5 Идентификаторы.......................................................................................79 2.2.5.1 IMSI.........................................................................................................79 2.2.5.2 Пакетный TMSI......................................................................................80 2.2.5.3 NSAPI и TLLI.........................................................................................80 2.2.5.4 Адрес PDP ..............................................................................................80 2.2.5.5 TID...........................................................................................................81 2.2.5.6 Идентификатор области маршрутизации (RAI) .................................81 2.2.5.7 Идентификатор ячейки .........................................................................81 2.2.5.8 Адреса GSN ............................................................................................82 2.2.5.9 Имя точки доступа (APN).....................................................................82 2.2.6 Взаимодействие с другими GSM услугами ...........................................82 2.2.6.1 Служба SMS ...........................................................................................82 2.2.6.2 Услуги коммутации каналов (CS)........................................................83 2.2.7 Особенности биллинга для сетей GPRS.................................................83 2.2.7.1 Образование учетной информации......................................................83 2.2.7.2 Ценовые модели и биллинг ..................................................................85 3 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.........................................................................88 3.1 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБОРУДОВАНИЯ GPRS. ...........................88 3.2 НЕОБХОДИМАЯ МОДЕРНИЗАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ.........................................88 4 ОЦЕНКА КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ..........................................90 5 БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА .........................92 5.1 ВВЕДЕНИЕ ......................................................................................................92 5.2 ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ .............................................................................92 5.3 ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭМП НА ЧЕЛОВЕКА ...............................................................94 5.4 СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ЧЕЛОВЕКА ОТ ЭМП.................95 5.5 НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ .........................................................................96 5.6 САНИТАРНЫЕ ЗОНЫ И САНИТАРНЫЙ ПАСПОРТ ОБЪЕКТА ..............................98 5.7 МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ........................................99 5.8 БАЗОВЫЕ СТАНЦИИ СИСТЕМ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ ........................................100 5.9 ПРИМЕР РАСЧЕТА СЗЗ И ЗОЗ ......................................................................104 ЗАКЛЮЧЕНИЕ .............................................................................................107 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ................................108 ПРИЛОЖЕНИЯ.............................................................................................111 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 6 ПРИЛОЖЕНИЕ А. СОКРАЩЕНИЯ ........................................................................111 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 7 Введение Совсем недавно передача данных по мобильной связи была экзотикой, которая мало кого интересовала в практическом плане. Но теперь ситуация быстро изменяется: - развиваются сотовые сети, на базе сетей GSM могут добавляться дополнительные услуги и приложения; - бурное развитие Интернет увеличивает потребность абонентов в доступе; - широкое использование Интранет (внутренних корпоративных сетей) ориентирует на подключение бизнес-пользователей к корпоративным сетям в мобильном варианте; - появление небольших компьютеров типа PDA или palmtop позволяющих использовать их совместно с мобильными телефонами; - мобильность работников - все большее число людей работают дома или в процессе поездки, что требует создания для них системы поддержки мобильности. Постоянно развивающиеся технологии мобильной связи превращают мобильный телефон в универсальное устройство, представляющее широкий набор функций. По данным исследования, проведенного недавно компанией Researsh Centre of Bornholm [1], в западной Европе к концу 2000 г. будут иметь сотовый телефон 56% жителей, а в 2003 г. – 69%. По данным ассоциации GSM (GSM Association), в которую входит более 420 компаний из 144 стран мира, к 2004 г. число абонентов всех стандартов превысит один миллиард. Рост числа абонентов сотовых сетей обусловлен, прежде всего, эволюцией мобильных телекоммуникационных технологий к системам третьего поколения, позволяющих работать с мультимедиа-приложениями. Глобальная сеть Интернет сегодня стала основным средством массовой коммуникации, предлагая сервисы высокого уровня. В 1999 г. сеть насчитывала около 43 млн. серверов, а сегодня, по оценкам компании Nub Internet Surveys, в мире насчитывается около 248 млн. пользователей, число которых постоянно растет и к 2004 г. составит около миллиарда. Сегодня в мире почти не осталось стран, где бы не было доступа к Сети. [2] Прогнозы утверждают, что к 2002 году произойдет увеличение трафика мобильной передачи данных минимум на 300%, прежде всего из-за сближения рынков Интернет и рынка мобильной связи - самых быстрорастущих рынков в экономике. Безусловно, основную долю прироста, 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 8 особенно в плане роста прибылей связывают не с рынком конечных абонентов, а бизнес-клиентами, но если в 2002 году суммарные прибыли от передачи данных по мобильной связи во всем мире ожидаются на уровне 10 млрд. USD, то уже на 2005 год прогнозируется и вовсе фантастическая цифра - 80 млрд. USD. Таким образом, существует два глобальных рынка с одинаковыми прогнозами роста и за последнее время наблюдается их интенсивное взаимопроникновение, т.е. формируется массовый рынок для беспроводного доступа к ресурсам Интернета. Общемировые тенденции позволяют сделать вывод, что мобильный телефон с доступом в Интернет во многом удобнее настольного персонального компьютера. Независимо от местоположения потребителя, ему доступны все ресурсы сети: от текстовой информации до совершения покупок и просмотра телепередач. Необходимым условием интеграции России в Глобальное информационное сообщество XXI века является создание и развитие информационно-телекоммуникационных технологий и услуг, называемых сегодня «инфокоммуникациями», которые быстро становятся жизненно важным стимулом развития мировой экономики и мирового сообщества в целом и дают возможность эффективно и творчески решать не только экономические, но и социальные проблемы. Ключевым аспектом стратегии развития инфокоммуникаций является разработка информационных сетей, обеспечивающих быстрый, надежный, безопасный и экономичный доступ к функциональной совместимости различных сетей. Именно эти тенденции привели к бурному распространению глобальных информационных сетей, прежде всего Интернета и технологий передачи данных в целом. Интернет стал главной движущей силой развития Глобального информационного сообщества. Открыта эпоха экономики Интернета (New Economy), в рамках которой создаются рабочие места с ориентацией на будущее. Отличительной чертой «новой экономики» является ее почти полная географическая независимость, она будет развиваться там, где для нее будут созданы оптимальные условия. Формирование информационного пространства на основе Интернета привело к развитию новых методов ведения бизнеса. В этой среде Интернет с блеском устраняет возникающие препятствия и дает мощнейший инфраструктурный инструмент для взаимодействия предприятия со всеми его контрагентами в концептуально новой среде, превращая традиционный бизнес в электронный. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 9 Важнейшей задачей при создании Глобального информационного сообщества является создание Интернета на принципах глобальной мобильности, позволяющей обеспечить абонентам в любое время свободный, беспрепятственный и дешевый способ обмена информацией. Прежде всего проблема обеспечения глобальной мобильности решается путем конвергенции Интернета и получивших широкое распространение сетей сотовой связи, использующих высокоскоростной радиодоступ и коммутацию пакетов для доставки речевых сообщений и данных. С началом бурного развития сети Интернет проблема передачи данных при помощи мобильного телефона стала еще более актуальной, но до последнего времени существовало два основных препятствия на пути ее решения. Первой проблемой является чрезвычайно строгие ограничения скорости передачи, накладываемые системой GSM, которая в настоящее время обеспечивает максимальную скорость передачи 9,6 кбит/с, а при замене отдельных модулей базовых станций - 14,4 кбит/с. Второй проблемой является высокая стоимость передачи данных, поскольку при передаче информации на столь низких скоростях абоненту требуется большое количество времени, которое он должен оплачивать по тарифам, близким к тарифам за услуги голосовой связи. Именно по этим причинам количество абонентов сотовой связи, пользующихся услугой передачи данных, остается небольшим. Появление системы пакетной передачи данных GPRS призвано кардинально изменить сложившуюся ситуацию. В системах сотовой связи второго поколения обеспечение высокоскоростного радиодоступа и внедрение пакетной коммутации реализуются на основе применения технологий GPRS (General Packet Radio Service) и EDGE (Enhanced Data for the Global Evolution)1, при которых возможна передача данных со скоростью до 384 кбит/с. В системах третьего поколения (3G) высокоскоростной радиодоступ обеспечивается за счет использования новых видов широкополосных интерфейсов, позволяющих передавать данные до 2,048 Мбит/с. Технология пакетной коммутации является базовой с сетях 3G. [3] В настоящее время в мире запущены в коммерческую эксплуатацию несколько сетей GPRS: British Telecom (Англия), Tele.Ring (Австрия), T-D1 (T-Mobile, Германия), Telsim (Турция), China Unicom (Китай) и другие. В нашей стране в опытной эксплуатации находятся две сети GPRS: "МТС" (АО "Мобильные Телесистемы") и "Би-Лайн" (АО "Вымпелком"). Запуск сетей в коммерческую эксплуатацию намечен на второе полугодие 2001 года. 1 В первоначальной расшифровке EDGE вместо термина «Global» использовался термин «GSM». 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 10 1 Обзор методов передачи данных в сетях GSM 1.1 Эволюция сетей GSM В конце 80-х годов, когда основы GSM только закладывались, бытовало мнение, что стандарт технически перенасыщен, и его возможности никогда реально не будут востребованы. Однако уже сегодня все его базовые возможности стандарта не только реализованы, но и заложены основы для последующей его модернизации. Совершенствование сетей GSM идет в направлении UMTS/IMT-2000 по нескольким взаимосвязанным направлениям: • интеграция с другими сетями радиосвязи (DECT и узлами доступа к Интернет/Интранет); • создание интегрированных сетей GSM-900/GSM-1800, и в перспективе, GSM-400; • внедрение новых технических решений, обеспечивающих высокоскоростную передачу данных с коммутацией пакетов и взаимодействие с сетями ТфОП, Х.25, ATM и ISDN. В технологию GSM вложены немалые инвестиции, и это предопределило эволюционный путь ее развития. Происходит постепенное наращивание сетевых элементов, усовершенствование контроллеров и базовых станций, разработка и создание двухрежимных абонентских терминалов. Использование GSM в качестве базовой технологии для предоставления услуг 3-го поколения имеет и другое важное преимущество практически с первых дней работы модернизированной сети она будет обладать потенциально большой абонентской базой. К настоящему времени наметились совершенствования систем на базе GSM: следующие основные пути • высокоскоростная передача данных с коммутацией каналов HSCSD (High Speed Circuit Switched Data); • обобщенные услуги пакетной радиопередачи GPRS (General Packet Radio Service); • реализация системы радиодоступа EDGE (Enhanced Data for Global Evolution); • внедрение системы GSM-400 для связи в сельских и малонаселенных районах. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 11 В настоящее время уже очевидно, что модернизация GSM и развитие UMTS будут происходить в течение длительного времени, при этом обе технологии будут развиваться параллельно. Первый шаг - это начавшийся этап внедрения технологии HSCSD, ориентированной на передачу данных с коммутацией каналов. Значительно большие возможности могут быть реализованы при использовании новых версий стандарта GSM (GPRS и EDGE), представляющих собой платформу, удобную для внедрения услуг UMTS. Эту фазу развития стандарта GSM принято обозначать «2G+» или «2,5G». Несмотря на успехи развития систем 2-го поколения, ряд новых требований лежит за пределами их возможностей. К их числу можно отнести предоставление услуг мультимедиа, асимметричную передачу со скоростью до 2048 кбит/с с гибким перераспределением трафика в прямом и обратном каналах. [4] 1.2 Высокоскоростная технология HSCSD Современные сети передачи данных GSM имеют низкую скорость передачи - до 9,6 кбит/с. Фактически ее достаточно только для организации работы электронной почты и передачи коротких сообщений длиной 160 символов (служба SMS). Маршрутизация данных в сетях GSM осуществляется с использованием оборудования с коммутацией каналов, что представляет определенные неудобства для пользователей. Время установления соединения при использовании модема достаточно велико около 20 с. все эти факторы свидетельствуют о том, что в рамках существующего стандарта GSM обеспечить выполнение требований IMT2000 невозможно. Одним из основных направлений совершенствования сетей GSM стало постепенное увеличение скорости передачи информации на один канальный интервал с 9,6 кбит/с до 69,2 кбит/с (рисунок 1.1). Дальнейшее увеличение скорости возможно за счет выделения одному пользователю нескольких или всех канальных интервалов кадра TDMA. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 12 Рисунок 1.1 – Пропускная способность на один канальный интервал. Первый шаг в направлении совершенствования существующих сетей GSM - реализация на базе технологии HSCSD передачи данных со скоростью 19,2 кбит/с (2 канальных интервала по 9,6 кбит/с) или 28,8 (2х14,4) кбит/с. Следует отметить, что на этих скоростях в настоящее время работает большинство пользователей сети Интернет в европейских странах. Внедрение HSCSD со скоростью до 28,8 кбит/с потребует в основном модификации программных средств и протоколов обмена, при этом инфраструктура действующей сети GSM останется неизменной. При занятии двух канальных интервалов в одном кадре временной сдвиг между приемом сигналов базовой станции и последующей их передачей мобильной станцией не превышает 4 интервалов, что в принципе поддерживается существующими протоколами GSM. В HSCSD используются две схемы кодирования. CS1 со скоростью передачи 9,6 кбит/с и CS2 со скоростью 14,4 кбит/с. По мере развития HSCSD планируется дальнейшее увеличение скорости за счет объединения четырех временных интервалов и передачи со скоростью 38,4 (4х9,6) кбит/с (схема CS1) или до 57,6 (4х14,4) кбит/с (схема CS2). Такой режим уже не поддерживается существующими GSM телефонами и не может быть реализован без их доработки. Что же касается еще большего увеличения скорости до 78,6 кбит/с (CS1) или 115,2 (CS2) путем агрегирования 8 каналов по 9,6 кбит/с или 14,4 кбит/с, то реализация такой возможности потребует доработки магистральной базовой сети, где скорость обмена информацией между базовыми станциями и центром коммутации MSC ограничена величиной 64 кбит/с (А-интерфейс). Несмотря на возможность увеличения в несколько раз скорости передачи технология HSCSD не позволяет избавиться от главного недостатка существующих GSM сетей - неэффективной обработки небольших по объему 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 13 потоков данных, и соответственно, нерационального управления радиоресурсами. Принятый в сетях GSM метод начисления платы - за время соединения, а не реальное использование канала - является, пожалуй, одним из основных тормозов на пути внедрения услуг передачи данных HSCSD. Начиная с 2000 г., ряд компаний-операторов уже предлагают услуги HSCSD, такие как доступ в Интернет, электронную почту, передачу факсимильных сообщений. Тем не менее, маловероятно, что технология HSCSD, базирующаяся на коммутации каналов, получит в будущем широкое применение в сетях GSM. 1.3 Служба передачи данных GPRS 1.3.1 Архитектура GPRS Существующие сети GSM, в том числе и новая технология HSCSD, могут поддерживать только трафик сетей с коммутацией каналов. Поэтому одним из важных шагов на пути эволюции сетей GSM к UMTS и IMT-2000 – стало внедрение услуг пакетной передачи GPRS (General Packet Radio Service). Система GPRS обеспечит сквозную передачу данных (от абонента до абонента) в пакетном режиме по IP-протоколу с повышением скорости передачи до 115,2 кбит/с. Здесь важно отметить, что именно служба GPRS способна предоставить новые виды услуг 3-го поколения уже сейчас, т.е. еще до начала развертывания сетей IMT-2000. Поскольку служба передачи данных GPRS надстраивается над существующей сетью GSM, то не требуется кардинальной модернизации существующей сетевой инфраструктуры. Что же касается новых функциональных возможностей и изменения принципа сопряжения с внешними сетями, то, по сути, они являются всего лишь расширением существующей сети GSM (рисунок 2.2). С системных позиций внедрение GPRS связано с добавлением в развернутую сеть GSM, как минимум, двух базовых узлов для поддержки службы пакетной передачи данных: сервисного узла SGSN (Serving GPRS Support Node) и шлюзового узла GGSN (Gateway GPRS Support Node). Кроме того, необходима модернизация контроллеров базовых станций (BSC) и доработка программного обеспечения. Сервисный узел SGSN обеспечивает маршрутизацию пакетов, аутентификацию и шифрование, а также управление мобильностью для всех абонентов, находящихся в его зоне обслуживания. На более высоком сетевом 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 14 уровне узел SGSN поддерживает функции, аналогичные тем, которые обеспечивает центральный коммутатор с визитным регистром положения MSC/VLR в сетях с коммутацией каналов. Исходящий трафик из узла SGSN перенаправляется на контроллер базовой станции, а от него – на мобильные терминалы абонентов. Связь сети GSM с внешними сетями передачи данных по протоколам X.25 и IP реализуется через узел GGSN, который играет роль шлюза между SGSN и PDN. Узел GGSN перенаправляет пакеты данных, поступающие из внешней сети PDN в узлы SGSN, а от них по радиоканалу пакеты поступают к мобильным терминалам (MT). В оборудовании GGSN реализованы функции обеспечения безопасности, обработки счетов абонентов и динамического выделения IPадресов. С точки зрения внешней сети узел GGSN выглядит как некая «диспетчерская» станция, владеющая адресами всех IP-абонентов, обслуживаемых системой GPRS. Узлы SGSN и GGSN могут взаимодействовать друг с другом, используя IP-маршрутизаторы. Обмен пакетами данных между ними осуществляется по магистральной линии с использованием туннельного протокола GTP (GPRS Tunnel Protocol), который обеспечивает капсулирование пакетов в прозрачном режиме. Вновь введенные узлы GPRS предназначены для наращивания сетевой инфраструктуры на базе IP-протокола. Что же касается их конкретного расположения в сети, то оно может быть различным – они могут быть физически объединены в одном узле сетевой структуры (GSN) или распределены по сети. Такой подход к построению совмещенной сети GSM/GPRS позволяет оператору начать предоставление услуг на небольших сегментах сети с малым числом узлов SGSN и GGSN при минимальных начальных затратах. Когда SGSN и GGSN расположены в одном узле GSN, то они взаимодействуют через интерфейс Gn (интерфейс сети Frame Relay). В случае их расположения в разных сетях, связь между ними осуществляется через интерфейс Gp (рисунок 2.2). Отличие интерфейса Gp от Gn в том, что Gp не только выполняет все функции интерфейса Gn, но и дополнительно обеспечивает повышенные меры безопасности, которые необходимы при установлении межсетевых соединений между разными сетями подвижной связи. Каждый абонент в совмещенной сети GSM/GPRS «закрепляется» за одним или несколькими обслуживающими узлами SGSN с помощью основного регистра положения HLR. Узел SGSN может запрашивать сведения об абонентах, взаимодействуя с основным регистром HLR через интерфейс Gr. Для управления сигнализацией тех абонентов, которым 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 15 предоставлена возможность работать одновременно в двух режимах передачи, т.е. с коммутацией пакетов и каналов, используется специальный интерфейс Gs между визитным регистром положения VLR и сервисным узлом SGSN [5]. Сведения об абонентах может также запрашивать шлюзовой узел GGSN, взаимодействуя с основным регистром положения HLR, через интерфейс Gc. Связь между внешней сетью PDN и сетью GSM/GPRS поддерживается с помощью GGSN через интерфейс Gi. Кроме этих двух базовых узлов в состав сети GPRS входит также еще один новый (нетиповой) для GSM-сетей элемент – центр широковещательной передачи PTM-SC (Point-to-Multipoint Service Center), который предназначен для обработки широковещательного трафика между магистральным каналом сети и основным регистром положения – HLR. В стандарте GPRS определены три класса терминалов, которые предназначены для работы в разных режимах. Терминалы класса A предоставляют самый полный спектр услуг. Они поддерживают одновременно два режима работы – в сети GSM (коммутация каналов) и в сети GPRS (коммутация пакетов). Обладатели терминалов класса B также смогут работать в двух режимах GSM/GPRS, но поочередно, т.е. в каждый момент времени обеспечивается передача одного вида трафика: с коммутацией каналов или пакетов. И, наконец, терминалы класса C могут функционировать только в режиме пакетной передачи. Такая классификация позволяет новым абонентам с самого начала работать в широких зонах покрытия GSM-сетей. Терминалы каждого из трех классов способны поддерживать режим многоканальной (многослотовой) работы, обеспечивая при этом максимальную скорость на канальный интервал 21,4 кбит/с. 1.3.2 Канальная структура и кодирование. Для передачи IP трафика в GPRS используется один или несколько выделенных логических каналов, называемых PDCH (Packet Data Channel) и оптимизированных для пакетной передачи данных. Канальная структура GPRS включает три типа логических каналов [6]. Информационные пакеты передаются по логическому каналу PDTCH (Packet Data Traffic Channel). Широковещательная и общесистемная информация передается с базовой станции на мобильные по каналу PBCCH (Packet Broadcast Control Channel). 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 16 Третий тип логического канала PCCCH (Packet Common Control Channel) предназначен для передачи управляющей информации. В системе GPRS он выполняет несколько функций. По нему передаются сообщения о вызове, указывающие на начало пакетной передачи. Канал PCCCH может также использоваться базовой станцией для передачи данных о распределении сетевых ресурсов между мобильными станциями. Однако использование PCCCH не является обязательным во всех сотах GSM/GPRS. Вместо него мобильный абонент может прослушивать стандартный канал управления CCCH, используемый в GSM [5]. Один канал PDCH отображается в один временной интервал длиной 576,92 мкс, что позволяет использовать ту же канальную структуру, что в обычных сетях GSM. Передача информации в GPRS осуществляется со скоростью 270,833 кбит/с с использованием гауссовской манипуляции с минимальным сдвигом (GMSK). Как и в GSM один символ кодированной последовательности соответствует одному модулированному символу. Формат канального интервала в GPRS также идентичен GSM, т.е. он содержит 2х58 информационных битов (в том числе 2 служебных бита), 26 битов обучающей последовательности, 2х3 конечных символа (tail symbols). Соседние интервалы разделены защитным промежутком, равным по длительности 8,25 битам. В GPRS предложена новая структура пакета, который состоит из 456 бит (4 информационных блока по 114 бит, что соответствует общей скорости передачи в канале 22,8 кбит/с (таблица 1.1). Для целей резервирования в структуру сообщений GPRS введен статусный флаг в линии «вверх» USF (Uplink Status Flag). Таблица 1.1 - Основные характеристики схем кодирования в GPRS Схема кодирования Обозн. CS1 CS2 CS3 CS4 Статусный флаг в линии «вверх» f 3 6 6 12 Число информационных битов d 181 268 312 428 Биты проверки на четность p 40 16 16 16 Конечные биты t 4 4 4 0 Скорость кодирования r ½ ½ ½ 1 Число вырезаемых битов b 0 132 220 0 Общее число битов в кадре m* 456 456 456 456 Общая скорость передачи в канале, кбит/с R0 22,8 22,8 22,8 22,8 Ri** 9,05 13,4 15,6 21,4 Скорость передачи информации, кбит/с *) Общее число битов в кадре определяется по формуле m = (f+d+p+t)/r – b **) Скорость Ri определяется по формуле Ri = d/m⋅R0 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 17 Для обеспечение гибкости и повышения пропускной способности в системе GPRS предложены 4 схемы кодирования данных: от CS1 до CS4. Для управления работой радиолинии в режиме пакетной передачи разработан специальный протокол RLC, который обеспечивает ее адаптивную настройку, программную перестройку частоты (SFH) и управление мощностью. Адаптация радиолинии включает выбор той или иной схемы кодирования CS1-CS4 в зависимости от видов передаваемой информации, характеристик радиоканала и уровня помех. Таким образом, в режиме GPRS каждому абоненту может выделяться от 1 до 8 канальных интервалов. Во время пакетной передачи ресурсы линии связи «вверх» и «вниз» могут определяться независимо, т.е. в системе может быть применен асимметричный режим пакетной передачи. Реализованная на практике скорость передачи данных в GPRS составляет 115,2 (8х14,4) кбит/с, однако теоретически она может быть увеличена до 171,2 (8х21,4) кбит/с при использовании схемы кодирования CS4. Первая схема CS1 гарантирует соединение в любых условиях и наиболее удобна для передачи сигнализации и коротких сообщений. Вторая схема CS2 предназначена для передачи трафика и позволяет увеличить пропускную способность сети. Два других варианта кодирования обеспечивают наивысшую скорость передачи при высоком отношении сигнал/помеха (C/I), однако уступают CS1/CS2 при отношении C/I меньше, чем 9 дБ. Следует отметить, что реализация CS3, CS4 потребует модернизации Abisинтерфейса. 1.3.3 Биллинговая система для GPRS Основное отличие технологии GPRS от высокоскоростной передачи данных HSCSD – новый механизм тарификации, допускающий возможность совместного использования одного канала (канального интервала), и одновременного предоставления нескольких видов услуг, например, прием сообщения от третьего абонента во время сеанса связи со вторым. В этом случае оплата перераспределяется между разными абонентами, использующими один и тот же канал. Фактически, абонент GPRS платит не за время занятия канала, а только за объем передаваемой информации. Традиционные биллинговые системы, в которых плата за услуги исчисляется за время разговора с учетом времени суток, непосредственно не могут быть применимы для пакетной передачи. Поэтому, появление GPRS повлечет за собой изменения в организации работы биллинговой системы, которая станет неотъемлемой частью архитектуры GPRS. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 18 В задачи биллингового шлюза CG (Charging Gateway) входит предварительная обработка биллинговой информации, поступающей со всех узлов SGSN и GGSN (рисунок 2.2). Программа-посредник обрабатывает весь IP-трафик и передает данные в существующий биллинговый центр компании-оператора. Такой механизм сбора тарифной информации позволит избежать необходимости создания принципиально новой биллинговой системы для GPRS (а в дальнейшем и для UMTS), а ограничиться лишь модернизацией одного модуля. Забегая вперед, заметим, что при внедрении UMTS дополнительно потребуются лишь небольшие изменения, связанные с тарификацией мультимедийных услуг. Хотя принципы начисления оплаты в сетях GPRS в окончательном виде еще не определены, однако уже сейчас ясно, что новые тарифы будут строиться на совершенно иных принципах оплаты, с использованием более сложных показателей: объема переданной информации или числа переданных пакетов, качества обслуживания, срочности доставки пакетов и др. Тарифы в GPRS будут гибко дифференцироваться в зависимости от потоков переданной информации, снижаясь по мере увеличения суммарного объема трафика. 1.4 Система радиодоступа EDGE. Предложение об использовании технологии высокоскоростного радиодоступа EDGE в качестве эволюционной базы для стандарта GSM было предложено группой ETSI SMG в начале 1997 г. Позднее разработка EDGE велась параллельно в ETSI и UWCC для обеспечения максимальной совместимости двух стандартов GSM и TDMA (IS-136). В США основные положения концепции EDGE легли в основу проекта стандарта UWC-136 [7]. Созданный на основе стандартов GSM новый радиоинтерфейс EDGE (фаза 1) обеспечивает плавный переход к 3-му поколению, позволяя увеличить скорость передачи данных до 384 кбит/с на несущую. Что же касается более высоких скоростей передачи 2048 кбит/с и выше, требуемых для новых поколений пико- и микросотовых сетей, то их реализация предполагается осуществить на втором этапе развития EDGE (фаза 2). Радиоинтерфейс EDGE надстраивается над существующей схемой радиодоступа GSM и не требует создания новых сетевых элементов. Он будет совместим с другими службами GSM, в том числе с HSCSD и GPRS. Кроме того, технология EDGE пригодна для использования в сетях GSM, работающих в диапазонах частот 400, 900 и 1800 МГц. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 19 К основным преимуществам EDGE следует отнести использование спектрально эффективной модуляции и адаптивной настройки канала в зависимости от требований абонента и реальной помеховой обстановки. Первоначально в качестве базового метода модуляции в EDGE была предложена квадратурная фазовая модуляция со сдвигом OQPSK, однако затем предпочтение было отдано 8-позиционой фазовой модуляции. По мнению разработчиков стандарта, использование 8PSK приводит к меньшему снижению средней мощности (около 2 дБ) по сравнению с OQPSK. Эффективность использования спектра EDGE почти в 3 раза выше, чем в GPRS. При развертывании системs в полосе 600 Кгц (модель повторения частот 1/3) может быть обеспечена спектральная эффективность более 0,45 бит/Гц на соту [7]. Характеристики технологии EDGE приведены в таблице 1.2. Таблица 1.2 - Характеристики технологии EDGE Технология EDGE Скорость передачи в условиях высокой мобильности в локальных зонах покрытия, кбит/с 128 Скорость передачи в условиях низкой мобильности в широких зонах покрытия, кбит/с 384 Используемые диапазоны частот, МГц GSM (450, 900, 1800) и PCS (1900) Ширина полосы канала, МГц 0,2 Метод доступа/модуляции TDMA/8PSK Мощность передатчика мобильного терминала (при передаче речи), Вт 1 (макс) Новые возможности стандарта EDGE – это автоматическое распознавание типа модуляции, используемого в радиолинии, с последующим переходом в требуемый режим. Усовершенствованный метод модуляции автоматически адаптируется к качеству канала радиосвязи, предлагая самые высокие скорости передачи в наиболее благоприятных условиях распространения радиоволн, особенно вблизи расположения базовых станций. В EDGE организуются две службы: усовершенствованная служба пакетной передачи EGPRS (Enhanced GPRS) и усовершенствованная служба коммутации каналов ECSD (Enhanced Circuit Switched Data). По сравнению с GSM максимальная скорость передачи на один канал будет увеличена до 38,4 кбит/с для ECSD и до 69,2кбит/с (EGPRS). Пропускная способность на несущую теоретически увеличится до 553,5 кбит/с. Аналогичным образом, может быть повышена скорость передачи и в режиме коммутации каналов, путем объединения нескольких канальных интервалов. Для ECSD станет возможной передача в реальном времени 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 20 2 потоков ISDN (64 кбит/с) с низкой вероятностью ошибки (BER), при этом будут заняты лишь 2 канальных интервала по 32 кбит/с. 1.4.1 Кодирование в стандарте EDGE. В стандарте EDGE реализуются два метода модуляции GMSK и 8PSK с одинаковой скоростью передачи символов. Поскольку каждый символ 8PSK состоит из 3 битов, то в одном канальном интервале может быть передано 346 информационных битов. В остальном структура мультикадра совпадает с GSM, т.е. каждый кадр состоит из 8 канальных интервалов, а каждый 13 кадр – кадр ожидания. В EDGE предлагается адаптивная модуляция с коммутацией пакетов. В основе предложения также лежит использование 6 уровней кодирования от PCS1 до PCS6 с различными характеристиками помехоустойчивости (таблица 1.3). Смена режима кодирования производится каждый раз, когда декодируемый предыдущий блок принят с низкой достоверностью. В результате следующий блок данных передается с более высокой помехозащищенностью. Таблица 1.3 - Основные характеристики схем кодирования в системе EDGE (модуляция 8PSK) Схема кодирования Максимальная скорость, кбит/с Скорость кодирования Скорость радиоинтерфейса, кбит/с PCS1 69,2 0,33 22,8 PCS2 69,2 0,5 34,3 PCS3 69,2 0,6 41,25 PCS4 69,2 0,75 51,6 PCS5 69,2 0,83 57,35 PCS6 69,2 1,0 69,2 Предоставление абонентам услуг EDGE планируется обеспечить с помощью терминалов двух типов. В первом более простом и дешевом терминале будет обеспечен режим 8PSK в линии «вниз» и GMSK в линий «верх». Использование высокоскоростной передачи в прямом канале хорошо согласуется со структурой трафика в пакетных сетях, который по своей природе асимметричен. Ко второму классу относятся абонентские терминалы, обеспечивающие симметричную передачу информации (8PSK) в обоих направлениях. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 21 2 Новые возможности предоставит многоскоростной речевой кодек AMR (Adaptive MultiRate codec) с широких диапазоном переключаемых скоростей (до 32 кбит/с). Введение такого речевого кодека в EDGE (фаза 2) позволит предоставлять услуги в микросотовых сетях. Таким образом, стандарт EDGE является прекрасной платформой для создания интегрированной TDMA технологии, которая обеспечит плавный переход от GSM и IS-136 к новым возможностям систем 3-го поколения. [4] 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 22 2 2 Пакетная передача данных в сетях GSM 2.1 Обзор технологии GSM Прежде чем начать рассматривать услугу пакетной передачи данных, рассмотрим основы технологии GSM, ее основные характеристики. 2.1.1 Общие характеристики стандарта GSM В соответствии с рекомендацией СЕРТ 1980 г., касающейся использования спектра частот подвижной связи в диапазоне частот 862-960 МГц, стандарт GSM на цифровую общеевропейскую (глобальную) сотовую систему наземной подвижной связи предусматривает работу передатчиков в двух диапазонах частот: 890-915 МГц (для передатчиков подвижных станций - MS), 935-960 МГц (для передатчиков базовых станций - BTS) [8, 9]. В стандарте GSM используется узкополосный многостанционный доступ с временным разделением каналов (NB ТDМА). В структуре ТDМА кадра содержится 8 временных позиций на каждой из 124 несущих. Для защиты от ошибок в радиоканалах при передаче информационных сообщений применяется блочное и сверточное кодирование с перемежением. Повышение эффективности кодирования и перемежения при малой скорости перемещения подвижных станций достигается медленным переключением рабочих частот (SFH) в процессе сеанса связи со скоростью 217 скачков в секунду. Для борьбы с интерференционными замираниями принимаемых сигналов, вызванными многолучевым распространением радиоволн в условиях города, в аппаратуре связи используются эквалайзеры, обеспечивающие выравнивание импульсных сигналов со среднеквадратическим отклонением времени задержки до 16 мкс. Система синхронизации рассчитана на компенсацию абсолютного времени задержки сигналов до 233 мкс, что соответствует максимальной дальности связи или максимальному радиусу ячейки (соты) 35 км. В стандарте GSM выбрана гауссовская частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK). Обработка речи осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи (DTX), которая обеспечивает включение передатчика только при наличии речевого сигнала и отключение передатчика в паузах и в конце разговора. В качестве 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 23 2 речепреобразующего устройства выбран речевой кодек с регулярным импульсным возбуждением/долговременным предсказанием и линейным предикативным кодированием с предсказанием (RPE/LTR-LTP-кодек). Общая скорость преобразования речевого сигнала - 13 кбит/с. В стандарте GSM достигается высокая степень безопасности передачи сообщений; осуществляется шифрование сообщений по алгоритму шифрования с открытым ключом (RSA). В целом система связи, действующая в стандарте GSM, рассчитана на ее использование в различных сферах. Она предоставляет пользователям широкий диапазон услуг и возможность применять разнообразное оборудование для передачи речевых сообщений и данных, вызывных и аварийных сигналов; подключаться к телефонным сетям общего пользования (PSTN), сетям передачи данных (PDN) и цифровым сетям с интеграцией служб (ISDN). Таблица 2.1 - Основные характеристики стандарта GSM Основные характеристики стандарта GSM Частоты передачи подвижной станции приема базовой станции, МГц 890-915 Частоты приема подвижной станции и передачи базовой станции, МГц 935-960 Дуплексный разнос частот приема и передачи, МГц Скорость передачи сообщений в радиоканале, кбит/с 45 270, 833 Скорость преобразования речевого кодека, кбит/с 13 Ширина полосы канала связи, Кгц 200 Максимальное количество каналов связи 124 Максимальное количество каналов, организуемых в базовой станции 16-20 Вид модуляции GMSK Индекс модуляции ВТ 0,3 Ширина полосы предмодуляционного гауссовского фильтра, Кгц 81,2 Количество скачков по частоте в секунду 217 Временное разнесение в интервалах ТDМА кадра (передача/прием) для подвижной станции Вид речевого кодека Максимальный радиус соты, км 2 RPE/LTP до 35 Схема организации каналов комбинированная TDMA/FDMA 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 24 2 2.1.2 Структурная схема и состав оборудования сетей связи Рисунок 2.1 - Структурная схема и интерфейсы GSM Мобильные терминалы взаимодействуют посредством радиоинтерфейса (Um) с подсистемой базовой станции BSS (Base Station Subsystem), которая включает в себя два основных элемента: Базовую станцию (Base Tranceiver Station (BTS) и Контроллер базовых станций (Base Control Station (BCS). Первый из них - это комплекс передатчиков, определяющий элементарную соту сети. Второй - управляющее оборудование, заведующее инициализацией каналов и алгоритмом частотных скачков. Одна BCS может обслуживать сразу несколько BTS, что позволяет разбивать зону обслуживания на более мелкие соты, обмен данными между которыми происходит по стандартному интерфейсу Abis. Все BCS-подсистемы базовой станции связаны с Network Subsystem, где «распоряжается» Mobile services Switching Center (MSC), выполняющий функции коммутатора как для соединений в рамках своей зоны обслуживания, так и при взаимодействии с общественными сетями (PSTN, ISDN и т. д.). MSC в своей работе пользуется услугами четырех других компонентов подсистемы: Home Location Register (HLR), Visitor Location Register (VLR), Equipment Identity Register (EIR) и Authentication Center (AuC). Первые два отвечают за функции учета и контроля: HLR содержит информацию обо всех подписчиках, зарегистрированных в сети оператора, а VLR оперирует подмножеством данных из HLR (сведения о пользователях, в настоящий момент 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 25 2 находящихся в зоне ответственности определенного MSC). Другая «пара» обеспечивает хранение различных идентификационных данных: EIR описывает все зарегистрированные в сети мобильные терминалы согласно регистру International Mobile Equipment Identity (IMEI), AuC - содержит базу секретных ключей SIM-карт подписчиков. Обмен данными между всеми компонентами сетевой подсистемы регламентируется стандартом ОКС № 7 (Common Control Signalling System 7). 2.1.3 Структура TDMA кадров В стандарте GSM принят многостанционный доступ с временным разделением каналов (TDMA). Общая структура временных кадров показана на рисунке 2.2. Суперкадр состоит из мультикадров. Для организации различных каналов связи и управления в стандарте GSM используются два вида мультикадров: 1) 26-позиционные TDMA кадры мультикадра; 2) 51-позиционные TDMA кадры мультикадра. Суперкадр может содержать в себе 51 мультикадр первого типа или 26 мультикадров второго типа. Каждая временная позиция обозначается TN с номером от 0 до 7. Физический смысл временных позиций, которые иначе называются окнами, время, в течение которого осуществляется модуляция несущей цифровым информационным потоком, соответствующим речевому сообщению или данным. Цифровой информационный поток представляет собой последовательность пакетов, размещаемых в этих временных интервалах (окнах). Пакеты формируются немного короче, чем интервалы, их длительность составляет 0,546 мс, что необходимо для приема сообщения при наличии временной дисперсии в канале распространения. Информационное сообщение передается по радиоканалу со скоростью 270,833 кбит/с. Это означает, что временной интервал TDMA кадра содержит 156,25 бит. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 26 2 Рисунок 2.2 - Структура кадра TDMA GSM. Каждый временной интервал, соответствующий длительности бита, обозначается BN с номером от 0 до 155; последнему интервалу длительностью 1/4 бита присвоен номер 156. Для передачи информации по каналам связи и управления, подстройки несущих частот, обеспечения временной синхронизации и доступа к каналу связи в структуре TDMA кадра используются пять видов временных интервалов (окон): 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 27 2 1 NB (Normal Burst) Нормальный временной интервал 2 FB (Frequency Correction Burst) Временной интервал подстройки частоты 3 SB (Synchronization Burst) Временной интервал синхронизации 4 DB (Dummy Burst) Установочный интервал 5 AB (Access Burst) Интервал доступа NB используется для передачи информации по каналам связи и управления, за исключением канала доступа RACH. Он состоит из 114 бит зашифрованного сообщения и включает защитный интервал (GP) в 8,25 бит длительностью 30,46 мкс. Информационный блок 114 бит разбит на два самостоятельных блока по 57 бит, разделенных между собой обучающей последовательностью в 26 бит, которая используется для установки эквалайзера в приемнике в соответствии с характеристиками канала связи в данный момент времени. В состав NB включены два контрольных бита (Steeling Flag), которые служат признаком того, содержит ли передаваемая группа речевую информацию или информацию сигнализации. В последнем случае информационный канал (Traffic Channel) "украден" для обеспечения сигнализации. Между двумя группами зашифрованных бит в составе NB находится обучающая последовательность из 26 бит, известная в приемнике. С помощью этой последовательности обеспечивается: - оценка частоты появления ошибок в двоичных разрядах по результатам сравнения принятой и эталонной последовательностей. В процессе сравнения вычисляется параметр RXQUAL, принятый для оценки качества связи. Конечно, речь идет только об оценке связи, а не о точных измерениях, так как проверяется только часть передаваемой информации. Параметр RXQUAL используется при вхождении в связь, при выполнении процедуры "эстафетной передачи" (Handover) и при оценке зоны покрытия радиосвязью; - оценка импульсной характеристики радиоканала на интервале передачи NB для последующей коррекции тракта приема сигнала за счет использования адаптивного эквалайзера в тракте приема; - определение задержек распространения сигнала между базовой и подвижной станциями для оценки дальности связи. Эта информация необходима для того, чтобы пакеты данных от разных подвижных станций не накладывались при приеме на базовой станции. Поэтому удаленные на большее расстояние подвижные станции должны передавать свои пакеты раньше станций, находящихся в непосредственной близости от базовой станции. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 28 2 FB предназначен для синхронизации по частоте подвижной станции. Все 142 бита в этом временном интервале - нулевые, что соответствует немодулированной несущей со сдвигом 1625/24 кГц выше номинального значения частоты несущей. Это необходимо для проверки работы своего передатчика и приемника при небольшом частотном разносе каналов (200 кГц), что составляет около 0,022% от номинального значения полосы частот 900 МГц. FB содержит защитный интервал 8,25 бит так же, как и нормальный временной интервал. Повторяющиеся временные интервалы подстройки частоты (FB) образуют канал установки частоты (FCCH). SB используется для синхронизации по времени базовой и подвижной станций. Он состоит из синхропоследовательности длительностью 64 бита, несет информацию о номере ТОМА кадра и идентификационный код базовой станции. Этот интервал передается вместе с интервалом установки частоты. Повторяющиеся интервалы синхронизации образуют так называемый канал синхронизации (SCH). DB обеспечивает установление и тестирование канала связи. По своей структуре DB совпадает с NB (рисунок 2.2) и содержит установочную последовательность длиной 26 бит. В DB отсутствуют контрольные биты и не передается никакой информации. DB лишь информирует о том, что передатчик функционирует. АВ обеспечивает разрешение доступа подвижной станции к новой базовой станции. АВ передается подвижной станцией при запросе канала сигнализации. Это первый передаваемый подвижной станцией пакет, следовательно, время прохождения сигнала еще не измерено. Поэтому пакет имеет специфическую структуру. Сначала передается концевая комбинация 8 бит, затем - последовательность синхронизации для базовой станции (41 бит), что позволяет базовой станции обеспечить правильный прием последующих 36 зашифрованных бит. Интервал содержит большой защитный интервал (68,25 бит, длительностью 252 мкс), что обеспечивает (независимо от времени прохождения сигнала) достаточное временное разнесение от пакетов других подвижных станций, Этот защитный интервал соответствует двойному значению наибольшей возможной задержки сигнала в рамках одной соты и тем самым устанавливает максимально допустимые размеры соты. Особенность стандарта GSM - возможность обеспечения связью подвижных абонентов в сотах с радиусом около 35 км. Время распространения радиосигнала в прямом и обратном направлениях составляет при этом 233,3 мкс. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 29 2 2.1.4 Структура логических каналов управления. Каналы управления (ССН) обеспечивают передачу сигналов управления и синхронизации. Различают четыре вида каналов управления: ВССН (Broadcast Control Channels) - каналы передачи сигналов управления; СССН (Common Control Channels) - общие каналы управления; SDCCH (Stand-alone Dedicated Control Channels) - индивидуальные каналы управления; АССН (Associated Control Channels) - совмещенные каналы управления. Каналы передачи сигналов управления используются только в направлении с базовой станции на все подвижные станции. Они несут информацию, которая необходима подвижным станциям для работы в системе. Различают три вида каналов передачи сигналов управления ВССН: FCCH (Frequency Correction Channel) - канал подстройки частоты, который используется для синхронизации несущей в подвижной станции. По этому каналу передается немодулированная несущая с фиксированным частотным сдвигом относительно номинального значения частоты канала связи; SCH (Synchronization Channel) - канал синхронизации, по которому передается информация на подвижную станцию о кадровой (временной) синхронизации: ВССН (Broadcast Control Channel) - канал управления передачей, обеспечивает передачу основных команд по управлению передачей (номер общих каналов управления тех из них, которые объединяются с другими каналами, в том числе и с физическими и т.д.). Используются три типа общих каналов управления СССН: РСН (Paging Channel) - канал вызова, используется только в направлении от базовой станции к подвижной для ее вызова: RACH (Random Access Channel) - канал параллельного доступа, используется только в направлении от подвижной станции к базовой для запроса о назначении индивидуального канала управления; AGCH (Access Grant Channel) - канал разрешенного доступа, используется только для передачи с базовой станции на подвижную (для выделения специального канала управления, обеспечивающего прямой доступ к каналу связи). 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 30 Выделенные индивидуальные каналы управления используются в двух направлениях для связи между базовой и подвижной станциями. Различают два вида таких каналов: SDCCH/4 (Stand-alone Dedicated Control Channel) - индивидуальный канал управления, состоит из четырех подканалов; SDCCH/8 (Stand-alone Dedicated Control Channel) - индивидуальный канал управления, состоит из восьми подканалов. Эти каналы предназначены для установки требуемого пользователем вида обслуживания. По ним обеспечивается запрос подвижной станции о требуемом виде обслуживания, контроль правильного ответа базовой станции и выделение свободного канала связи, если это возможно. Совмещенные каналы управления также используются в двух направлениях между базовой и подвижной станциями. По направлению "вниз" они передают команду управления с базовой станции, а по направлению "вверх" - информацию о статусе подвижной станции. Различают два вида АССН: FACCH (Fast Associated Control Channel) - быстрый совмещенный канал управления, служит для передачи команд при переходе подвижной станции из соты в соту, т.е. при "эстафетной передаче" подвижной станции; SACCH (Slow Assocaited Control Channel) - медленный совмещенный канал управления, по направлению "вниз" передает команды для установки выходного уровня мощности передатчика подвижной станции. По направлению "вверх" подвижная станция посылает данные, касающиеся уровня установленной выходной мощности, измеренного приемником уровня радиосигнала и его качества. В совмещенном канале управления всегда содержится один из двух каналов: канал связи или индивидуальный канал управления. Совмещенные каналы управления всегда объединяются вместе с каналами связи или с индивидуальными каналами управления. При этом различают шесть видов объединенных каналов управления: FACCH/F, объединенный с TCH/F; FACCH/H, объединенный с ТСН/Н; SACCH/TF, объединенный с TCH/F; SACCH/TH, объединенный с ТСН/Н; SACCH/C4, объединенный с SDCCH/4; SACCH/C8, объединенный с SDCCH/8. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 31 2.2 Технология GPRS 2.2.1 Основные концепции GPRS Технология GPRS используется для передачи данных в сетях GSM. Это позволяет сетям GSM быть совместимыми с Интернет. GPRS использует пакетную технологию для эффективной передачи неравномерного трафика. GPRS позволяет гибко распределять радиоресурсы: от 1 до 8 временных интервалов в кадре TDMA могут быть определены для передачи данных в зависимости от нагрузки на сеть, при этом речевой трафик является приоритетным. Каналы «вверх» и «вниз» разделены, т.е. в каждом из них обеспечивается необходимая скорость для передачи данных. Различные схемы кодирования в радиоканале позволяют получить скорость передачи от 9,6 кбит/с до более чем 150 кбит/с на одного пользователя. [10] Основными характеристиками GPRS являются эффективное использование радио- и сетевых ресурсов, а также полностью прозрачная поддержка протокола IP. GPRS оптимизирует использование сетевых и радиоресурсов. GPRS использует радиоресурсы только в тех случаях, когда реально требуется принять или передать данные. Используя пакетную технологию, этот протокол позволяет приложениям использовать сетевые ресурсы только тогда, когда пользовательские приложения имеют данные для передачи через сеть. Таким образом, протокол адаптирован к неравномерному (взрывному) характеру трафика пользовательских приложений. Еще одной важной характеристикой GPRS является обеспечение немедленного соединения и высокая пропускная способность. Поддерживаются приложения, базирующиеся на стандартных протоколах передачи данных, таких, как IP и X.25. GPRS позволяет передавать SMS по радиоканалам GPRS. В GPRS обеспечиваются 4 различных качества обслуживания. GRPS предназначен для быстрого установления и разрыва соединения (от 0,5 до 1 сек). Стандартами определены 3-класса GPRS терминалов: класс А - терминал позволяет осуществлять одновременно голосовое соединение и работу в режиме GPRS; 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 32 класс В - терминал поддерживает и голосовое соединения и передачу данных в пакетном режиме (GPRS), но эти режимы используются не одновременно (во время передачи данных через GPRS абонент не может совершать и принимать голосовые звонки и наоборот); класс С - терминал обеспечивает только передачу данных в пакетном режиме. Наиболее вероятное исполнение - PCMCIA карта устанавливаемая в портативный компьютер - ноутбук. Для поддержки приложений передачи данных в сети GPRS используется несколько новых сетевых узлов, в дополнение к сетевым узлам, применяемым в сетях GSM: - The Serving GPRS Support Node (SGSN) – Узел поддержки GPRS, который находится на том же иерархическом уровне, что и MSC, выполняет мониторинг местоположения MS, функции защиты и управления доступом. SGSN связан с BSS по протоколу Frame Relay; - The Gateway GPRS Support Node (GGSN) - шлюзовой узел GPRS, обеспечивает взаимодействие с внешними сетями пакетной коммутации, и связан с SGSN магистральную IP сеть связи GPRS. Эти узлы отвечают за маршрутизацию трафика и реализацию других функций обмена с внешними сетями коммутации пакетов, поиск абонентов, выбор ячеек, роуминг и многие другие функции, требуемые для обеспечения работы сотовой сети. Кроме того, GPRS использует протоколы GSM SMS и GSM MM (последний в GPRS называется GMM). HLR модернизируется для добавления абонентской GPRS-информации; SMS-GMSC и SMS –IWMSC также модернизируются для передачи SMS через SGSN. Дополнительно MSC/VLR может быть расширен для более эффективной координации GPRS и не-GPRS услуг и новых функциональных возможностей: например, вызов службы коммутации каналов может быть более эффективно выполнен через SGSN. Функциональные возможности защиты GPRS эквивалентны существующей защите GSM. SGSN выполняет идентификацию и процедуры шифрования, основанные на тех же самых алгоритмах, ключах и критериях как в действующем GSM. GPRS использует алгоритм шифрования, оптимизированный для пакетной передачи данных Выбор ячейки может быть выполнен автономно мобильной станцией (MS), или система базовых станций (BSS) управляет выбором ячейки. MS 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 33 информирует сеть о переключении ячейки или группы ячеек, известной как область маршрутизации (RA). Для получения доступа к услугам GPRS, MS должна сначала известить сеть о своем присутствии, выполняя GPRS-подключение. Эта операция устанавливает логическую связь между MS и SGSN, и делает MS доступной для SMS через GPRS, вызовов через SGSN и уведомлениях о поступающих GPRS данных. Чтобы посылать и принимать GPRS данные, MS должна активизировать адрес пакетного протокола (PDP), который будет использовать. Эта операция регистрирует MS в соответствующем GGSN, после чего может начинаться взаимодействие с внешними сетями передачи данных. Данные Пользователя передаются прозрачно между MS и внешними сетями передачи данных методами инкапсуляции и туннелирования: пакеты данных снабжаются специальной GPRS информацией и передаются между MS и GGSN. Прозрачный метод передачи уменьшает требование к сетям GPRS для интерпретации внешних протоколов данных, благодаря этому в будущем будет просто ввести новые протоколы взаимодействия. Данные Пользователя могут быть сжаты и защищены протоколами ретрансляции для увеличения эффективности и надежности. 2.2.2 Общая архитектура и основные функции GPRS 2.2.2.1 Интерфейсы доступа и контрольные точки GPRS. Каждая сеть GPRS имеет две точки доступа: - Um, используемая для мобильного доступа и - контрольная точка R, используемая для создания или приема сообщений. Контрольная точка R для MS GPRS определена в GSM 07.60 [11]. Gp - межсетевой интерфейс сети GPRS, через него две независимые сети GPRS обмениваются сообщениями. Gi - контрольная точка, служащая для подключения PLMN GPRS к стационарной сети (типично пакетной сети передачи данных). Gi определена в GSM 09.61 [12]. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 34 Рисунок 2.3 - Интерфейсы доступа и контрольные точки GPRS В сети GPRS может быть более одного интерфейса к нескольким различным пакетным (или другим) сетям передачи данных. Эти сети могут отличаться также и по протоколу связи (например, X.25, TCP/IP и т.д.). Сетевой оператор должен определить и назначить взаимодействие с каждой внешней (PDN или другой) сетью. 2.2.2.2 Межсетевое взаимодействие Межсетевое взаимодействие требуется всякий раз, когда сеть GPRS пользователя и любая другая сеть GPRS вовлечены в обслуживание запроса. Со ссылкой на рисунок 2.3, взаимодействие имеет место через контрольную точку Gi и интерфейс Gp. Взаимодействие с сетями пакетной коммутации (PSPDN) Сеть GPRS должна поддерживать взаимодействие с сетями PSPDN. Взаимодействие может быть прямое или через транзитную сеть (например, ISDN). Сеть GPRS должна поддерживать X.121 [13] и E.164 [14] адресацию. Сеть GPRS должна обеспечивать поддержку X.25 виртуальных каналов. X.75 [15] или X.75 ' [16] может использоваться для взаимодействия с сетями X.25. Терминальное оборудование (TE) GPRS имеет адреса, назначенные оператором сети GPRS/GSM, принадлежащие домену GPRS. Терминальное оборудование PSPDN посылает данные к терминальному оборудованию GPRS при помощи идентификационного кода сети передачи данных (DNIC) GPRS/GSM или эквивалентного, позволяющего уникально идентифицировать сеть GPRS. Взаимодействие с Интернет (IP) 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 35 GPRS должна поддерживать взаимодействие с сетями, основанными на протоколе Интернет (IP). IP определен в RFC 791 [17]. GPRS может обеспечивать сжатие заголовка TCP/IP. Аналогично случаю с PSPDN X.25, служба GPRS cети GSM является доменом IP, и мобильные терминалы, обслуживаемые системной службой GSM могут быть глобально адресуемы через систему адресации сетевого оператора. 2.2.2.3 Функции высокого уровня, необходимые для GPRS В следующем списке показаны логические функции, выполненные в сети GPRS. Определены несколько функциональных групп (метафункций), каждая из которых содержит множество индивидуальных функций: Функции управления доступом к сети; Функции маршрутизации и передачи пакетов; Функции управления мобильностью; Функции управления логическими связями; Функции управления радиоресурсами; Функции сетевого управления. Функции управления доступом к сети. Сетевой доступ - средства, которыми пользователь связан с телекоммуникационной сетью для использования услуг и (или) средств той сети. Протокол доступа - определенный набор процедур, который дает возможность пользователю использовать услуги и (или) средства сети. Доступ пользователя к сети может происходить от мобильной или фиксированной стороны сети GPRS. Интерфейс стационарной сети может поддерживать протоколы многостанционного доступа к внешним сетям передачи данных, например X.25 или IP. Набор протоколов доступа определяется оператором сети. Некоторые операторы могут потребовать определенные процедуры контроля доступа, чтобы ограничить количество пользователей с доступом к сети, или ограничить возможности индивидуальных пользователей, например, ограничивая доступный тип обслуживания индивидуальному 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 36 абоненту. Такие процедуры управления доступом - вне рамок технических требований GPRS. Кроме стандартной передачи данных, GPRS может поддерживать анонимный доступ к сети. Служба позволяет мобильным станциям обмениваться пакетам информации с предопределенным главным компьютером (сервером), который может быть адресован в соответствии с используемыми протоколами взаимодействия. Только ограниченное число адресов PDP может использоваться для этой службы. IMSI или IMEI не используются при анонимном доступе к сети, таким образом гарантируя высокий уровень анонимности. Идентификация и шифрование также не используются при анонимном доступе. Функция регистрации Посредством регистрации мобильный идентификатор пользователя ассоциируется с пакетным протоколом (ами) передачи данных и адресом (ами) в пределах сети, с точкой (ами) доступа пользователя к внешней сети PDP. Ассоциация может быть статическая, то есть, сохранена в HLR, или динамическая, то есть, установлена по мере надобности. Функция аутентификации и авторизации Эта функция выполняет идентификацию и аутентификацию пользователя службы, подтверждает тип запроса на обслуживание, чтобы гарантировать полномочия пользователя использовать специфические сетевые услуги. Функция аутентификации выполняется совместно с функциями управления мобильностью. Функция управления допуском Цель управления допуском состоит в том, чтобы вычислить, какие потребуются сетевые ресурсы, чтобы обеспечить требуемое качество обслуживания (QoS), определить доступность ресурсов, и затем зарезервировать ресурсы. Управление допуском выполняется совместно с функциями управления радиоресурсами, чтобы оценить потребность в радиоресурсах в пределах каждой ячейки. Функция экранирования сообщения Функция экранирования обеспечивает фильтрование неавторизованных или незапрашиваемых сообщений. Эта функция обеспечивается функцией фильтрации пакетов. В первой фазе GPRS поддерживается экранирование, управляемое сетью. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 37 Экранирование, управляемое подпиской или пользователем, будет реализовано в более поздней фазе. Функция адаптации пакетного терминала. Эта функция преобразует полученные пакеты данных от (к) оконечного оборудования в форму для передачи через сеть GPRS. Функция сбора биллинговой информации. Эта функция собирает данные о трафике и/или подписке, необходимые для выставления счетов к оплате пользователям. Функции маршрутизации и передачи пакетов. Маршрут - упорядоченный список узлов, используемых для передачи сообщений в пределах и между PLMN. Каждый маршрут состоит из узла отправителя, некоторого (0,1,2,…) количества транзитных узлов и узла получателя. Маршрутизация - процесс определения и использования, в соответствии с набором правил, маршрута для передачи сообщения в пределах и между сетями GPRS. Функция переприема. Функция переприема определяет средства, благодаря которым узел принимает данные от одного узла и передает их следующему узлу в соответствии с маршрутом. Функция маршрутизации. Функция маршрутизации определяет сетевой узел - получатель сообщения, используя адрес получателя сообщения. Функция маршрутизации выбирает тракт передачи для следующего перехода (next hop) в маршруте. Передача данных между GSN может происходить через внешние сети передачи данных, которые обеспечивают их собственные функции внутренней маршрутизации, например сети X.25, Frame Relay или ATM. Функция преобразования и отображения адреса. Преобразование адреса - преобразование адреса из одного типа в другой. Преобразование адреса может использоваться для конвертации адреса 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 38 внешнего сетевого протокола во внутренний сетевой адрес, который может использоваться для маршрутизации пакетов в пределах и между сетям GPRS. Отображение адреса используется, чтобы отобразить сетевой адрес к другому сетевому адресу того же самого типа для маршрутизации и передачи (переприема) сообщений в пределах и между сетями, например, для отправки пакетов от одного сетевого узла к другому. Функция формирования пакета (инкапсуляции) Формирование пакета (инкапсуляция) - дополнение адресной и управляющей информации к блоку данных для маршрутизации пакетов в пределах и между сетями. Декапсуляция - удаление адресной и управляющей информации из пакета для восстановления исходного блока данных. Инкапсуляция и декапсуляция производятся между узлами поддержки GPRS, а также между SGSN и MS. Функция туннелирования Туннелирование - передача инкапсулированных блоков данных в пределах и между сетями от точки инкапсуляции до точки декапсуляции. Туннель - двухсторонний тракт "точка-точка". Идентифицируются только конечные точки туннеля. Функция сжатия Функция сжатия оптимизирует использование пропускной способности радиотракта, при этом передаются минимально возможные SDU (то есть, внешние PDU PDP), при этом сохраняется информация, содержащаяся в них. Функция шифрования Функция шифрования сохраняет конфиденциальность данных пользователя и сигнализации в радиоканалах и защищает сеть от вторжения. Функция сервера доменных имен Функция сервера доменных имен (DNS) разрешает присваивать логические GSN имена к адресам GSN. Эта функция – стандартная функциональная возможность Интернет согласно RFC 1034 [18], который позволяет присваивать любое имя для GSN и других узлов GPRS в пределах магистральных сетей связи GPRS. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 39 Функции управления мобильностью. Функции управления мобильностью используются для поддержания тракта от текущего местоположения MS в пределах домашней или другой сети. Функции управления логическими связями. Функции управления логическими связями обеспечивают техническое обслуживание канала связи между мобильной станцией и сетью GSM/GPRS через радиоинтерфейс. Эти функции координируют информацию о связи между MS и GPRS по результатам наблюдений за активностью передачи данных по логической связи. Более подробная информация в GSM 04.64 [19]. - Функция установления логической связи. Логическая связь устанавливается во время подключения MS к службам GPRS. - Функции обслуживания логической связи Функции обслуживания логической связи контролируют состояние логической связи и управляют изменениями состояния логической связи. - Функция освобождения логической связи. Функция освобождения логической связи используется, освободить ресурсы, связанные с установлением логическим связи. чтобы Функции управления радиоресурсами. Функции управления радиоресурсами обеспечивают распределение и техническое обслуживание трактов радиосвязи. Радиоресурсы GSM разделены между режимом коммутации каналов (голос и данные) и GPRS. Более подробная информация в GSM 03.64.[20] Функция управления Um. Эта функция управляет набором физических каналов, используемых в каждой ячейке и определяет количество радиоресурсов, которые будут выделены для использования GPRS. Количество радиоресурсов, выделенных для GPRS может изменяться от ячейки к ячейке в зависимости от запросов локальных пользователей или другой политики, установленной оператором сети. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 40 4 Функция выбора ячейки. Эта функция дает возможность MS выбрать оптимальную ячейку для использования в установлении тракта связи с сетью. Производится измерение и оценка качества сигнала от близлежащих ячеек, а также и обнаружение и предотвращение перегрузки в пределах предполагаемой ячейки. Более подробная информация в GSM 03.22 [21] и GSM 03.64.[20] Функция Um-tranx. Функция Um-tranx обеспечивает возможность передачи пакетных данных через радиоинтерфейс между мобильной станцией и системой базовых станций. Эта функция включает процедуры: Контроль доступа к радиоканалами; Мультиплексирование пакетов по общим физическим радиоканалам; Дискриминацию пакета в пределах MS; Обнаружение и исправление ошибок; Процедуры управления потоком данных. Функция управления трактом. Эта функция управляет трактами передачи пакетных данных между BSS и обслуживающими узлами GSN. Установление и освобождение этих трактов может быть динамическим на основании трафика данных или может быть статическим на основании максимальной ожидаемой нагрузки в пределах каждой ячейки. Функции управления сетью. Функции управления сетью обеспечивают поддержать O&M Функции, связанные с GPRS. механизмы, 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ чтобы 41 4 2.2.2.4 Логическая архитектура GPRS логически реализован на структуре GSM с дополнением двух сетевых узлов: - Узел поддержки GPRS (SGSN) - Узел поддержки шлюза GPRS (GGSN) Рисунок 2.4 - Краткий обзор логической архитектуры GPRS. Узлы поддержки GPRS. Узел Поддержки GPRS (SGSN) содержит функциональные возможности для поддержки GPRS. В одной сети может иметься более одного SGSN. Узел поддержки шлюза GPRS (GGSN) - узел, к которому обращается пакетная сеть передачи данных для определения адреса PDP. Он содержит информацию маршрутизации о подключенных пользователей GPRS. Информация маршрутизации используется для туннелирования N-PDU к текущей точке подключения MS, то есть, к узлу поддержки GPRS (SGSN). GGSN может запрашивать информацию о местоположении от HLR через необязательный интерфейс Gc. GGSN является первой точкой взаимосвязи PDN с сетью GSM, поддерживающей GPRS (контрольная точка Gi). 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 42 4 Узел поддержки GPRS (SGSN) - узел, который обслуживает MS (интерфейс Gb). При GPRS подключении, SGSN устанавливает контекст управления мобильности, содержащий информацию о мобильности и безопасности MS. При активации контекста PDP, SGSN устанавливает контекст PDP, который будет использоваться для маршрутизации к GGSN, используемым абонентом GPRS. SGSN и GGSN функционально могут быть объединены в одном физическом узле, или они могут располагаться в различных физических узлах. SGSN и GGSN имеют функциональные возможность маршрутизации IP, они могут быть связаны между собой IP маршрутизатором. В случае нахождения SGSN и GGSN в различных сетях, они связываются между собой через интерфейс Gp. Интерфейс Gp обеспечивает функциональные возможности интерфейса Gn, плюс функциональные возможности защиты, требуемые для связи между различными сетями. Функциональные возможности защиты основаны на взаимных соглашениях между операторами. SGSN может посылать информацию о местоположении к MSC/VLR через необязательный интерфейс Gs, через него SGSN может также принимать вызовы от MSC/VLR. Магистральные сети GPRS. Имеются два вида магистральных сетей связи GPRS: - внутрисетевая магистральная сеть; и - межсетевая магистральная сеть. Внутрисетевая магистральная сеть - IP сеть, связывающая GSN в пределах одной сети. Межсетевая магистральная сеть - сеть IP, связывающая GSN и внутрисетевые магистрали в различных сетях. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 43 4 Рисунок 2.5 – Внутрисетевые и межсетевые магистральные сети Каждая внутрисетевая магистральная сеть - частная сеть IP, предназначенная только для данных и сигнализации GPRS. Частная сеть IP сеть IP, в которой применяется механизм управления доступом для достижения требуемого уровня защиты. Две внутрисетевые магистральные сети связаны между собой через интерфейс Gp, используя граничные шлюзы (BG) и межсетевую магистральную сеть. Межсетевая магистральная сеть связи выбрана в соответствии с роуминговым соглашением, которое включает функциональные возможности защиты BG. BG не определен в рамках GPRS. Опорной межсетевой магистральной сетью может быть пакетная сеть передачи данных, например, публичный Интернет или выделенная линия. HLR. HLR содержит данные пользователя GPRS и информацию маршрутизации. HLR доступен от SGSN через интерфейс Gr и от GGSN через интерфейс Gc. Для роумеров (MS), HLR может находиться в отличной сети от текущего SGSN. SMS -GMSC и SMS -IWMSC. SMS -GMSC и SMS -IWMSC связан с SGSN через интерфейс Gd, что дает возможность MS GPRS посылать и принимать SMS по радиоканалам GPRS. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 44 4 Мобильные станции GPRS (MS GPRS). MS GPRS может работать в одном из трех режимов. Режим работы зависит от набора услуг, то есть, только GPRS или и GPRS и другие услуги GSM, и от возможности MS использовать GPRS и другие услуги GSM одновременно. Класс - A: MS подключена к GPRS и другим услугам GSM, и MS поддерживает одновременную работу GPRS и других услуг GSM. Класс - B: MS подключена к GPRS и другим услугам GSM, но MS может только использовать только GPRS или GSM одновременно. Класс - C: MS подключена только к GPRS. Эти три режима работы определены в GSM 02.60. [22] Функции биллингового шлюза. Функции биллингового шлюза (CGF) описаны в GSM 12.15 [23]. 2.2.2.5 Назначение функций к логической архитектуре Таблица 2.1 – Назначение функций к логической архитектуре Функция MS BSS SGSN GGSN HLR Управление доступом к сети: Регистрация Х Аутентификация и авторизация Х Управление допуском Х Х Х Х Экранирование сообщений Адаптация пакетного терминала Х Х Сбор биллинговых данных Маршрутизация пакетов: и Х Х Х передача Переприем Х Х Х Х Маршрутизация Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Трансляция адреса Инкапсуляция и отображение 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 45 4 Функция MS BSS Туннелирование SGSN GGSN Х Х Сжатие Х Х Шифрование Х Х Управление мобильностью: Х Х Установка логической связи Х Х Обслуживание логической связи Х Х Освобождение логической связи Х Х Управление связью: HLR Х Х Х логической Управление радиоресурсами: Управление Um Х Х Выбор ячейки Х Х Um-Tranx Х Х Управление трактом Х Х 2.2.3 Функции управления мобильностью. 2.2.3.1 Определение состояния Управление мобильностью (ММ) GPRS характеризовано одним из трех различных состояний. Каждое состояние описывает некоторый уровень функциональных возможностей и информации. Контекст ММ - наборы информации в MS и SGSN. В случае не-анонимного доступа, состояние ММ связано только с GPRS ММ действиями абонента. Состояние ММ независит от числа и состояния контекстов PDP этого абонента. В случае анонимного доступа, состояние ММ касается действия MS ММ, представленного только Вспомогательным TLLI. Состояние "ОТКЛЮЧЕНО" 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 46 4 В GPRS состоянии "ОТКЛЮЧЕНО", абонент отключен от управления мобильностью GPRS. Контексты MS и SGSN содержат неверную информацию о местоположении или маршрутизации для абонента. Связанные с абонентом процедуры управления мобильностью не выполнены. Выбор сети и ячейки GPRS, а также процессы переключения выполняются MS. Передача данных к (от) мобильному абоненту, а также вызов абонента не возможны. В этом случае MS отмечена как недоступная для услуг GPRS. Чтобы установить контексты ММ в MS и SGSN, MS должна выполнить процедуру GPRS-подключения. Состояние "ОЖИДАНИЕ" В состоянии «ОЖИДАНИЯ», абонент подключен к управлению мобильностью GPRS. MS и SGSN установили контексты ММ для IMSI абонента как описано в разделе "Хранение информации". [10] В этом состоянии возможен прием вызовов для передачи данных или сигнальная информация. Также возможен прием вызова для услуги коммутации каналов (CS) через SGSN. Прием и передача данных в этом состоянии невозможны. MS локально выполняет выбор и переключение области маршрутизации GPRS (RA) и ячейки GPRS. MS выполняет процедуры управления мобильностью, чтобы сообщить SGSN, о подключении в новой RA. MS не сообщает SGSN о переключении ячеек в той же самой RA. Поэтому информация о местоположении в контексте SGSN ММ содержит только GPRS RAI для MS в состоянии "ОЖИДАНИЕ". MS может начать активацию или деактивацию контекстов PDP находясь в состоянии "ОЖИДАНИЕ". Контекст PDP должен быть активизирован прежде, чем данные для этого контекста PDP начнут приниматься или передаваться. SGSN может посылать данные или сигнальную информацию к MS, когда она находится в состоянии "ОЖИДАНИЕ". Если PPF установлен, SGSN тогда посылает Запрос вызова в область маршрутизации, где находится MS. Если PPF очищен, то вызов не возможен. Когда MS отвечает на вызов, состояние ММ в MS измененяется на "ГОТОВНОСТЬ", после получения ответа на вызов состояние ММ в SGSN также измененяется на "ГОТОВНОСТЬ". Состояние ММ в MS изменяется на "ГОТОВНОСТЬ", когда данные или сигнальная информация посылаются от MS и, соответственно, состояние ММ в SGSN изменяется на 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 47 4 "ГОТОВНОСТЬ", когда данные или сигнальная информация получены от MS. MS или сеть могут начать процедуру GPRS-отключения для перехода в состояние "ОТКЛЮЧЕНО". После истечения таймера мобильной активности, SGSN может выполнить неявное отключение, чтобы вернуть контексты ММ в SGSN в состояние "ОТКЛЮЧЕНО". Контексты ММ и PDP могут быть удалены. Состояние "ГОТОВНОСТЬ" В состоянии "ГОТОВНОСТЬ", контекст SGSN ММ соответствует контексту ММ "ОЖИДАНИЕ", расширенному информацией о местоположения абонента с точностью до ячейки. MS выполняет процедуры управления мобильностью, чтобы известить сеть о фактической выбранной ячейке. Выбор и переключение ячейки GPRS производится локально или управляется сетью. Идентификатор ячейки (Cell Global Identity), включая RAC и LAC, включен в заголовок BSSGP пакета данных от MS, см. GSM 08.18.[24] В этом состоянии MS может передавать и принимать PDP PDU. Сеть не производит GPRS вызовов MS в состоянии "ГОТОВНОСТЬ", вызовы для других услуг могут быть произведены через SGSN. SGSN передает данные в канале "вниз" к BSS, ответственным за фактическую ячейку GPRS абонента. В состоянии "ГОТОВНОСТЬ" деактивировать контексты PDP. MS может активизировать или Независимо от того, выделен радиоресурс абоненту или нет, контекст ММ остается в состоянии "ГОТОВНОСТЬ" даже тогда, когда нет передаваемых данных. состояние "ГОТОВНОСТЬ" контролируется таймером. После истечения таймера готовности, контекст ММ переходит из состояния "ГОТОВНОСТЬ" в состояние "ОЖИДАНИЕ". Для перехода из состояния "ГОТОВНОСТЬ" в состояние "ОТКЛЮЧЕНО", MS начинает процедуру GPRS-отключения. 2.2.3.2 Функциональные возможности в состояниях "ОТКЛЮЧЕНО"/ "ОЖИДАНИЕ" /"ГОТОВНОСТЬ" Функции изменения состояний Переход из одного состояния в следующее зависит от текущего состояния ("ОТКЛЮЧЕНО", "ОЖИДАНИЕ" или "ГОТОВНОСТЬ") и произошедшего события (например, GPRS-подключения). 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 48 4 Рисунок 2.6 - Функциональная модель состояний управления мобильностью в MS (слева) и SGSN (справа) Рисунок 2.6 описывает следующие изменения состояния: Переход из "ОТКЛЮЧЕНО" в "ГОТОВНОСТЬ": GPRS-подключение: вначале MS запрашивает доступ и логическую связь к SGSN. Контексты ММ установлены в MS и SGSN. Переход из "ОЖИДАНИЕ" в "ОТКЛЮЧЕНО": Неявное отключение: Контексты ММ и PDP в SGSN должны возвратиться состояние "ОТКЛЮЧЕНО". Контексты ММ и PDP в SGSN могут быть удалены. Контексты GGSN PDP должны быть удалены. Cancel Location: SGSN принимает сообщение MAP "Cancel Location" от HLR, и удаляет контексты PDP и MM. Переход из ОЖИДАНИЯ в ГОТОВНОСТЬ:. Передача PDU: MS посылает LLC PDU к SGSN, возможно в ответ на вызов. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 49 4 Прием PDU: SGSN принимает LLC PDU от MS. Переход из "ГОТОВНОСТЬ" в "ОЖИДАНИЕ": Истек таймер состояния "ГОТОВНОСТЬ": Контексты ММ MS и SGSN возвращаются в состояние "ОЖИДАНИЕ". Принудительный переход в "ОЖИДАНИЕ": SGSN указывает на немедленное возвращение к состоянию "ОЖИДАНИЕ" прежде, чем истек таймер состояния "ГОТОВНОСТЬ". Неправильное состояние RLC: SGSN возвращает контекст ММ в состояние "ОЖИДАНИЕ" в случае проблем доставки по радиоинтерфейсу или в случае невосстановимого разрушения радиотракта. Переход из "ГОТОВНОСТЬ" в "ОТКЛЮЧЕНО": GPRS-отключение: MS или сеть запрашивают, чтобы контексты ММ возвратились в состояние "ОТКЛЮЧЕНО", и чтобы контексты PDP вернулись в состояние "НЕ АКТИВНО". SGSN может удалять контексты MM и PDP. Контексты PDP в GGSN должны быть удалены. Cancel Location: SGSN принимает сообщение MAP "Cancel Location" от HLR и удаляет контексты MM и PDP. Управление мобильностью при анонимном доступе Для анонимного доступа используется уменьшенная модель состояний управления мобильностью, состоящая из двух состояний: "ОТКЛЮЧЕНО" и "ГОТОВНОСТЬ". Аппарат состояний AA ММ независимо обрабатывается MS и сетью и может сосуществовать с IMSI аппаратом состояний ММ. Несколько аппаратов состояний AA ММ может существовать одновременно в том же самом MS и SGSN. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 50 Рисунок 2.7 - Функциональная модель состояний управления мобильности в MS (слева) и SGSN (справа) при анонимном доступе Рисунок 2.7 описывает следующие изменения состояния для анонимного доступа: Переход из "ОТКЛЮЧЕНО" в "ГОТОВНОСТЬ": AA активация Контекста PDP: MS запрашивает анонимный доступ, и инициируется логическая связь с SGSN. Контексты ММ установлены в MS и SGSN. Контексты PDP установлены в MS, SGSN, и GGSN. Переход из "ГОТОВНОСТЬ" в "ОТКЛЮЧЕНО": Истек таймер состояния "ГОТОВНОСТЬ": Контексты ММ и PDP в MS, SGSN, и GGSN удаляются. Неправильное состояние RLC: SGSN возвращает контекст ММ в состояние "ОТКЛЮЧЕНО" в случае проблем доставки по радиоинтерфейсу или в случае невосстановимого разрушения радиотракта Деактивация контекста AA PDP: сеть (SGSN или GGSN) начинает процедуру деактивации контекста AA PDP, например, из-за злонамеренного использования анонимного обслуживания. Контексты ММ и PDP в MS, SGSN, и GGSN должны быть удалены. Функция таймера состояноя "ГОТОВНОСТЬ" Функция таймера управляет таймером состояния "ГОТОВНОСТЬ" в MS и SGSN. Таймер состояния "ГОТОВНОСТЬ" в MS и SGSN контролирует время нахождения MS в состоянии "ГОТОВНОСТЬ". Таймер состояния "ГОТОВНОСТЬ" должен сбрасываться в MS, когда передан PDU LLC, и в 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 51 SGSN, когда PDU LLC правильно получен. Когда таймер состояния "ГОТОВНОСТЬ" истекает, контексты ММ MS и SGSN должны возвратиться в состоянию "ОЖИДАНИЕ". В случае анонимного доступа контекст ММ должен быть удален. Длительность таймера состояния "ГОТОВНОСТЬ должна быть одинаковой в MS и SGSN. Начальная длительность таймера состояния "ГОТОВНОСТЬ" определяется значением "по умолчанию". Только SGSN может изменять длительность таймера состояния "ГОТОВНОСТЬ", передавая новое значение в сообщениях "Attach Accept", "Routeing Area Update Accept" или "AA PDP Context Accept". Если длительность таймера стостояния "ГОТОВНОСТЬ" установлена в ноль, MS должна немедленно перейти в состояние "ОЖИДАНИЕ". Если длительность таймера установлена во всех разрядах в 1 (двоичный), то функция таймера состояния "ГОТОВНОСТЬ" должна быть деактивирована, то есть, таймер остановлен, и MS остается в состоянии "ГОТОВНОСТЬ". Функция таймера маршрутизации периодической модификации области Функция таймера периодической модификации области маршрутизации (RA) контролирует периодическую процедуру модификации RA в MS. Длительность таймера периодической модификации RA посылается в сообщении "Routeing Area Update Accept" или "Attach Accept". Таймер периодической модификации RA уникален в каждой RA. После истечения таймера периодической модификации RA, MS должна запустить процедуру периодической модификации области маршрутизации. Если таймер периодической модификации RA истек, когда MS находится в зоне покрытия GSM, но вышла из зоны покрытия GPRS, то, если MS подключена к сети IMSI и находится в сетевом рабочем режиме I, процедура периодического уточнения местоположения (или другая соответствующая процедура уточнения местоположения) будет начата немедленно. Кроме того, и независимо от того, действительно ли MS была IMSI-подключена, независимо от сетевого рабочего режима, процедура периодической модификации RA (или другая соответствующая процедура модификации) должна быть начата, как только MS возвращается в зону покрытия GPRS. Если MS выходит из зоны покрытия, когда таймер периодической модификации RA истекает, тогда: если MS является IMSI- и GPRS-подключеной и возвращается в зону покрытия в ячейке, которая поддерживает GPRS в сетевом рабочем режиме I, тогда комбинированная процедура модификации RA / LA с запросом на 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 52 IMSI-подключение должна будет начаться, как только MS вернется в зону покрытия; если MS является IMSI- и GPRS-подключеной и возвращается в зону покрытия в ячейке, которая поддерживает GPRS в сетевых рабочих режимах II и III, или если только GPRS-подключенная MS возвращается в зону покрытия в ячейке, которая поддерживает GPRS, тогда процедура периодической модификации RA должен быть начата, как только MS вернется в зону покрытия; или если MS возвращается в зону покрытия в ячейке, которая не поддерживает GPRS, и если, MS IMSI-подключенная, то процедура периодического уточнения местоположения (или другая соответствующая процедура уточнения местоположения) должна быть начата, как только MS вернется в зону покрытия в той ячейке. Кроме того, и независимо от того, действительно ли MS была IMSI-подключена, процедура периодической модификации RA (или другая соответствующая процедура модификации) должна быть начата, как только MS вернется в зону покрытия GPRS. Если MS вышла из зоны покрытия GPRS, но таймер периодической модификации RA не истек во время выхода из зоны покрытия GPRS, то MS не должна выполнять процедуру периодической модификации RA при возвращении MS в зону GPRS. Если MS вышла из зоны покрытия, но таймер периодической модификации RA не истек во время выхода из зоны покрытия, то MS не должна выполнять процедуру периодической модификации RA при возвращении MS в зону покрытия. Функция таймера мобильной доступности Функция таймера мобильной доступности контролирует процедуру периодической модификации RA в SGSN. Длительность таймера мобильной доступности должна быть слегка более длинной, чем длительность таймера периодической модификации RA, используемая MS. Таймер мобильной доступности остановлен во время состояния "ГОТОВНОСТЬ". Таймера мобильной доступности сбрасывается и запускается при возвращении в состояние "ОЖИДАНИЕ". После истечения таймера мобильной доступности, SGSN должен очистить PPF. Как правило, это заставляет SGSN прекращать посылать GPRS или CS вызовы к MS, при этом другие функции (например, MSC/VLR вызов) могут выполняться немедленно. PPF устанавливается в случае обнаружения активности MS. Контексты ММ и PDP должны сохраняться в SGSN. PPF установлен при при первоначальной регистрации MS в SGSN,. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 53 2.2.3.3 Взаимодействие между SGSN и MSC/VLR Взаимодействие, описанное в этом разделе должно поддерживаться, если установлен необязательный интерфейс Gs. Создается ассоциация между SGSN и MSC/VLR, чтобы обеспечить взаимодействие между SGSN и MSC/VLR. Когда Ассоциация создана, VLR хранит номер SGSN, а SGSN хранит номер VLR. Ассоциация используется для координирования MS, которые являются GPRS- и IMSI-подключенными. Ассоциация поддерживает следующие действия: - IMSI-подключение и отключение через SGSN. Происходит объединенное GPRS / IMSI –подключение и объединенное GPRS / IMSI-отключение, при этом экономятся радиоресурсы. - Координацию модификации LA и RA, включая периодические модификации, таким образом экономятся радиоресурсы. Объединенная модификация RA / LA посылается от MS к SGSN. SGSN передает модификация LA VLR. - Вызов CS соединения через SGSN. - Аварийные процедуры для не - GPRS услуг. - Процедуру Идентификации. - Процедуру информации ММ. Управление ассоциацией SGSN - MSC/VLR Ассоциация SGSN - MSC/VLR создается в следующих случаях: - Объединенное IMSI / GPRS-подключение; - GPRS-подключение, когда MS уже IMSI-подключена; - Объединенная модификация RA / LA, когда MS GPRS –подключена и выполняет IMSI-подключение; - Объединенная модификация RA / LA, когда IMSI- и GPRSподключенная MS переходит из области сетевого рабочего режима II или III в область сетевого рабочего режима I. Ассоциация инициируется SGSN. SGSN создает ассоциацию, посылая BSSAP+ сообщение относительно конкретной MS к VLR. Чтобы получить номер VLR, SGSN транслирует текущий RAI в номер VLR при помощи таблицы трансляции. Во время CS соединения, MS класса-B не может выполнять ни GPRS-подключения, ни модификации области маршрутизации, только MS класса A может выполнять эти процедуры. Если GPRSподключение было произведено в течение CS соединения, ассоциация 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 54 должна начаться объединенной модификация RA / LA после завершения CS соединения. Ассоциация модифицируется в следующих случаях: - когда MS изменяет VLR; - когда MS изменяет SGSN. Ассоциация не модифицируется во время CS соединения. Когда MS находится в режиме "ОТКЛЮЧЕНО" (см. GSM 03.22), ассоциация модифицируется одновременно с объединенной процедурой модификации RA / LA. Во время CS соединения, ассоциация управляется следующим способом: MS в режиме операций класса-A: MS в режиме работы класса-A во время CS соединения производит только модификацию RA, объединенная модификация RA / LA не производится. В случае, когда MS изменяет SGSN, SGSN (согласно нормальным процедурам модификации RA, смотри подраздел "Inter SGSN Routeing Area Update") модифицирует HLR и GGSN, но не VLR, указывая новый номер SGSN. В случае, когда MS изменяет MSC во время CS соединения, абонентские данные все еще остаются в старом VLR до тех пор, пока не произойдет CS разъединение и сделана объединенная модификация RA / LA или модификация LA. Ассоциация не также модифицируется во время CS соединения. После разъединения CS соединения выполняется объединенная модификация RA / LA (если имелось изменение RA, или если GPRSподключение было выполнено, и новая ячейка указывает сетевой рабочий режим I), и ассоциация модифицируется согласно процедуре объединенной модификации RA / LA, см. подраздел "Процедура Объединенной Модификации RA / LA". Если новая ячейка указывает сетевой рабочий режим II или III, то MS выполняет исполняет модификацию LA. MS в режиме операций класса-B: 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 55 MS в режиме работы класса - B не делает никаких модификации RA в течение CS соединения. Номер SGSN поэтому остается тем же самым в течение CS соединения и не нуждается в модификации в VLR. В случае, когда MS изменяет MSC в течение CS соединения, абонентские данные все еще остаются в старом VLR до того, как будет произведено разъединение CS соединения и объединенная модификация RA / LA или модификация LA. Поэтому номер VLR остается тем же самым в течение CS соединения. После того, как было произведено разъединение CS соединения, MS должна выполнить модификацию RA и LA, если изменилась RA, и новая ячейка указывает сетевой рабочий режим II или III, или объединенную модификацию RA / LA, если изменилась RA, и новая ячейка указывает сетевой рабочий режим I. Ассоциация модифицируется согласно процедуре объединенной модификации RA / LA, см подразделы " Inter SGSN Routeing Area Update" и " Процедура Объединенной Модификации RA / LA". Ассоциация SGSN - MSC/VLR удаляется в следующих случаях: - IMSI-отключение. - GPRS-отключение. Когда MSC/VLR принимает модификацию LA через А-интерфейс от MS, для которой существует ассоциация, тогда MSC/VLR должен удалить ассоциацию без уведомления SGSN. Когда SGSN принимает (необъединенную) модификацию RA от MS, для которого существует ассоциация, тогда SGSN должен удалить ассоциацию без уведомления MSC/VLR. Когда MSC/VLR принимает BSSAP + сообщение MS Недоступна от SGSN, указывающего, что PPF очищен, тогда состояние ассоциации не должно быть изменяться в MSC/VLR. Объединенная модификация RA / LA Когда MS является, и IMSI- и GPRS-подключенной, модификация LA и RA производится скоординированным способом для экономии радиоресурсов, если это поддерживается сетевым рабочим режимом. Когда MS перемещается в новую RA в сетевом рабочем режиме I, тогда MS посылает сообщение “Запрос Модификации Области Маршрутизации” к SGSN, как описано в подразделе "Процедура Объединенной Модификации RA/LA". Модификация LA включена в модификацию RA. SGSN тогда передает модификацию LA к MSC/VLR. MSC/VLR возвращает новый TMSI VLR, который посылается MS через SGSN. MS в режиме работы класса-A во время CS соединения производит только модификацию RA, объединенная модификация RA /LA не производится. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 56 MS в режиме работы класса - B не делает никаких модификации RA в течение CS соединения. MS в режиме работы класса - C никогда не делает объединенной модификации RA / LA. Вызов службы с коммутацией каналов (CS) Когда MS является и IMSI и GPRS-подключенной в сети, которая работает в режиме I, тогда MSC/VLR выполняет вызов для связи в режиме коммутации каналов через SGSN. Если MS находится в состоянии ОЖИДАНИЯ, тогда она вызывается в области маршрутизации и в нулевой области маршрутизации (см. подраздел "Идентификаторы Области Маршрутизации"). Если MS находится в состоянии ГОТОВНОСТИ, тогда она вызывается в ячейке. Процедура вызова контролируется в MSC таймером вызова. SGSN конвертирует сообщение вызова MSC в сообщение вызова SGSN. Процедура вызова CS показана на рисунке 2.8 Рисунок 2.8 - Процедура вызова CS 1) SGSN принимает сообщение вызова (IMSI, VLR TMSI, Необходимый Канал, Приоритет, Информация Местоположения) от MSC. Параметр Необходимый Канал определен в GSM 08.08 [25] и указывает MS необходимый тип канала CS, требующийся для ответа. TMSI VLR и Необходимый Канал - необязательные параметры. Приоритет - параметр вызова коммутации каналов определен в GSM 08.08. SGSN отображает Приоритет в QoS. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 57 2) SGSN посылает сообщение Запроса вызова BSSGP (IMSI, TLLI, TMSI VLR, Область, Необходимый Канал, QoS) BSS, обслуживающей MS. Область получена или из контекста ММ MS в SGSN или, если никакая информация не доступна, от Информации Местоположения, полученной от MSC/VLR. Область указывает одиночную ячейку для MS состояния "ГОТОВНОСТЬ" или область маршрутизации для состояния "ОЖИДАНИЕ" MS. TMSI VLR и Необходимый Канал включаются, если они получены от MSC. Если Необходимый Канал не был получен от MSC, то включается заданный по умолчанию параметр Необходимый Канал. QoS указывает приоритет этого Запроса вызова относительно других сообщений Запросов вызова, буферизированных в BSS. Если область местоположения, где MS была в последний раз, имеет связанную нулевую область маршрутизации, то SGSN должен послать дополнительное сообщение Запроса вызова BSSGP каждой BSS, обслуживающей эту нулевую RA. 3) BSS транслирует поступающее сообщение BSSGP Запроса вызова в одно радио сообщение Запроса вызова на ячейку. Если заранее определенный радиоресурс назначен к MS в ячейке, то BSS передает одно сообщение Запрос Вызова (TMSI VLR или IMSI, Необходимый Канал) на этом радиоресурсе, без остановки возможно продолжающейся передачи данных для MS. Иначе, BSS вызывает MS одним сообщением Запроса вызова (TMSI VLR или IMSI, Необходимый Канал) на соответствующем канале вызова в каждой адресованной ячейке. Это описано в GSM 03.64.[20] 4) После получения сообщения Запроса вызова для службы коммутации каналов MS может принимать этот вызов, и для ответа на этот запрос должна следовать процедурам CS для ответа на вызов (произвольный доступ, непосредственное назначение, и ответ на вызов) как определено в GSM 04.08 [26]. 5) Когда BSS получает сообщение Ответа на вызов, оно посылается MSC, который должен остановить таймер ответа на вызов. Координация Вызова. Сеть может обеспечивать координацию вызовов для связи с коммутации каналов и связи с пакетной коммутацией. Координация Вызова означает, что сеть посылает сообщения вызова связи с коммутацией каналов по тому же самому каналу, который используется для связи с пакетной коммутацией, то есть, на канале вызова GPRS или на канале трафика GPRS, и MS должна контролировать только тот канал. Определены три режима работы сети. - Сетевой режим I: сеть посылает сообщение вызова связи CS к GPRSподключенной MS на канале вызова GPRS (канале вызова связи с пакетной 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 58 коммутацией, или канале вызова CCCH), или на канале трафика GPRS. Это означает, что MS должна контролировать один канал только вызова, и что MS принимает сообщения вызова связи CS на канале данных пакетной коммутации, если он был назначен.. - Сетевой режим II: сеть посылает сообщение вызова связи CS к GPRSподключенной MS на канале вызова CCCH, и этот же канал также используется для вызова GPRS. Это означает, что MS должна контролировать только канал вызова CCCH, и что вызов связи CS продолжается на этом канале вызова, даже если MS был назначен канал данных пакетной коммутации. - Сетевой режим III: сеть посылает сообщение вызова связи CS к GPRSподключенной MS на канале вызова CCCH, а сообщение вызова GPRS или на канале вызова GPRS (если выделен в ячейке) или на канале вызова CCCH. Это означает, что MS, которая хочет принимать вызовы для связи с коммутацией каналов и пакетной коммутации, должна контролировать оба канала вызова, если канал вызова GPRS cуществует в ячейке. Координация вызова в этом случае сетью не выполняется. Таблица 2.2 - Рабочие режимы сети Режим I II III Канал вызова CS Канал вызова GPRS Packet Paging Channel Packet Paging Channel CCCH Paging Channel CCCH Paging Channel Packet Data Channel Не определен CCCH Paging Channel CCCH Paging Channel CCCH Paging Channel Packet Paging Channel CCCH Paging Channel CCCH Paging Channel Координация вызова Yes No No Когда интерфейс Gs присутствует, все вызовы от MSC к GPRSподключенным MS должны идти через SGSN, таким образом позволяя выполнять сетевую координацию вызова. Координация вызова, основанного на IMSI, должна быть сделана SGSN, и обеспечиваться независимо от того, находится ли MS в состоянии ОЖИДАНИЯ или ГОТОВНОСТИ. Сеть работает в режиме I. Когда интерфейс Gs отсутствует, все вызовы от MSC к GPRSподключенным MS должны идти через A интерфейс, координация вызова не выполняется. Сеть: - работает в режиме II, означая, что общий канал управления пакетной коммутации не существует в ячейке; 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 59 - работает в режиме III, означая, что общий канал управления пакетной коммутации должен использоваться для вызова GPRS, когда канал вызова пакетной связи выделен в ячейке. Сетевой рабочий режим (I, II, или III) должен указываться MS в системной информации. Для правильной работы, сетевой режим работы должен быть одинаковым во всех ячейках внутри одной области маршрутизации. Основываясь на системной информации о режиме работы сети, MS может выбирать, согласно его способностям, подключение к услугам GPRS, к не - GPRS услугам, или к обоим. 2.2.3.4 Функция GPRS-подключения. GPRS подключение производится к SGSN. GPRS –подключенная MS в сетевом рабочем режиме I производит IMSI-подключение через SGSN с одновременной процедурой модификации RA/LA. В сетевых рабочих режимах II и III, или если MS не подключена к GPRS, то MS делает IMSIподключение как уже определено в GSM. IMSI –подключенная MS в режиме работы класса-A, занятая в соединении CS, будет использовать процедуру GPRS-подключения. В процедуре подключения, MS должна обеспечить ее идентификацию и признак типа подключения, которое должно быть выполнено. Идентификаторами должны быть "Пакетный TMSI" MS (P-TMSI) или IMSI. P-TMSI и RAI, связанный с P-TMSI, должны обеспечиваться, если MS имеет допустимый P-TMSI. Если MS не имеет допустимого P-TMSI, то MS должна использовать его IMSI. Возможны различные типы подключения: GPRS – подключение и объединенное GPRS / IMSI подключение. На уровне RLC/MAC, MS должна идентифицировать себя с местным или иным TLLI, если MS уже GPRS-подключена и выполняет IMSIподключение. Иначе, если допустимый P-TMSI не доступен, MS должна идентифицировать себя с Иностранным TLLI или Случайным TLLI. Иностранный или Случайный TLLI используется как идентификатор в течение процедуры подключения, пока новый P-TMSI не определен. Выполнив GPRS-подключение, MS находится в состоянии "ГОТОВНОСТЬ", и контексты ММ установлены в MS и SGSN. MS может активизировать контексты PDP как описано в подразделе "Процедуры Активации" GSM 03.60. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 60 IMSI-подключенная MS, которая может работать только в режиме работы класса – C, перед выполнением GPRS-подключения должна будет выполнить процедуру нормального IMSI-отключения. Аналогично, GPRS – подключенная MS в режиме работы класса - C должен всегда выполнять GPRS-отключение прежде, чем будет производить IMSI -подключение. Если сеть работает в режиме I (см. подраздел "Координация вызова"), то MS, которая является GPRS и IMSI-подключенной, должна выполнить процедуру Объединенной модификации RA/LA. Если сеть работает в режиме II или III, то GPRS-подключенная MS, которая имеет способность быть одновременно GPRS и IMSI-подключенной, должна выполнить (необъединенные) процедуры модификации Области Маршрутизации, а также: - обращаться к не-GPRS общим каналам управления для операций CS; или - если операции CS не желательны, в зависимости от системной информации, определяющей, явное или неявное отключение будет использоваться, также: - игнорирует всю сигнализацию CS (в этом случае MS может быть неявно IMSI-отключена через некоторое время); или - выполняют явное IMSI-отключение через не-GPRS общие каналы управления (если MS была уже IMSI-подключена). Процедура одновременного GPRS/IMSI - подключения показана на рисунке 2.9. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 61 Рисунок 2.9 - Процедура одновременного GPRS / IMSI подключения 1) MS начинает процедуру подключения передачей сообщения "Запрос на подключение" (IMSI или P-TMSI и старый RAI, Classmark, CKSN, Тип подключения, Параметры DRX, старую сигнатуру P-TMSI) к SGSN. Поле "IMSI" должно быть заполнено, если MS не имеет правильного доступного P-TMSI. Если MS имеет правильный P-TMSI, то "P-TMSI" и "старый RAI", связанный с P-TMSI должны быть заполнены. Поле "Classmark" содержит характеристики MS многослотовой поддержки 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 62 GPRS и алгоритма шифрования GPRS в дополнение к существующим параметрам classmark, определенным в GSM 04.08. Тип подключения указывает, какое подключение должно быть выполнено, то есть, только GPRS-подключение, GPRS-подключение, в то время как уже IMSIподключена, или одновременное GPRS/IMSI-подключение. Параметры DRX указывают, использует ли MS прерывистый прием или нет. Если MS использует прерывистый прием, то параметры DRX также указывают способность принимать вызовы, когда MS находится в не-спящем режиме. Если MS использует P-TMSI для идентификации и если она также сохранила ее старую "P-TMSI Сигнатуру", то MS должна включать старую "P-TMSI Сигнатуру" в сообщение "Запрос на подключение". 2) Если MS опознает себя с P-TMSI, и SGSN изменился с момента отключения, новый SGSN посылает сообщение "Запрос Идентификации (P-TMSI, старый RAI, старая P-TMSI Сигнатура)" к старому SGSN, чтобы запросить IMSI. Старый SGSN отвечает собщением "Ответ Идентификации (IMSI, Аутентификационный Триплет)". Если MS не известна в старом SGSN, старый SGSN отвечает с индикацией причины ошибки. Старый SGSN также подтверждает старую P-TMSI Сигнатуру и отвечает с указанием соответствующей причины ошибки, если это не соответствует значению, сохраненному в старом SGSN. 3) Если MS неизвестна, и в старом и новом SGSN, SGSN посылает сообщение "Запрос Идентификации (Тип Идентификации = IMSI)" к MS. MS отвечает сообщением "Ответ Идентификации (IMSI)". 4) Функции аутентификации определены в подразделе "Функции Защиты". Если никакого контекста ММ для MS в сети не существует, то идентификация принудительна. Процедуры шифрования описаны в подразделе "Функции Защиты". Если выделение P-TMSI подтверждено и шифрование поддерживается сетью, будет установлен режим шифрования. 5) Функции проверки оборудования в подразделе "Процедуры Проверки Идентичности". Проверка Оборудования необязательна. 6) Если номер SGSN изменился после GPRS-отключения, или если это самое первое подключение, то SGSN сообщает HLR: a) SGSN посылает сообщение "Update Location (Номер SGSN, Адрес SGSN, IMSI)" к HLR. b) HLR посылает сообщение "Cancel Location (IMSI, Тип Отмены)" к старому SGSN с установкой поля "Тип Отмены" в значение "Update Procedure". c) Старый SGSN подтверждает сообщением "Cancel Location Ack (IMSI)". Если имеются любые продолжающиеся процедуры для той MS, старый 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 63 SGSN должен ждать, пока эти процедуры не будут закончены перед удалением контекстов PDP и MM. d) HLR посылает сообщение "Вставка Абонентских Данных (IMSI, данные пользователя GPRS)" к новому SGSN. e) Новый SGSN утверждает присутствие MS в (новом) RA. Если региональные ограничения пользователя не позволяют MS присоединиться в RA, SGSN отклоняет "Запрос на подключение" с указанием соответствующей причины, и может вернуть сообщение "Insert Subscriber Data Ack (IMSI, SGSN Area Restricted)" к HLR. Если проверка подписки не проходит по другим причинам, SGSN отклоняет "Запрос на подключение" с соответствующей причиной и возвращает сообщение "Insert Subscriber Data Ack (IMSI, Причина)" к HLR. Если все проверки успешны, тогда SGSN создает контекст ММ для MS и возвращает сообщение "Insert Subscriber Data Ack (IMSI)" к HLR. f) HLR подтверждает сообщение "Модификация положения", посылая ссобщение "Подтверждение модификации положения" к SGSN после того, как отмена старого контекста ММ и включения нового контекста ММ закончена. Если "Модификация положения" отклонена HLR, SGSN отклоняет "Запрос на подключение" от MS с соответствующей причиной. 7) Если Тип Подключения, указанный в шаге 1, обозначен как GPRSподключение, тогда как MS уже IMSI-подключена, или одновременное GPRS / IMSI подключение, то, если интерфейс Gs установлен, должен быть модифицирован VLR. Номер VLR берется из информации RA. SGSN начинает процедуру уточнения местоположения к новому MSC/VLR после получения первого сообщения "Вставка данных пользователя" от HLR в шаге 6d). Эта операция отмечает MS в VLR как GPRSподключенную. a) SGSN посылает сообщение "Запрос уточнения местоположения (новый LAI, IMSI, Номер SGSN, Тип Уточнения местоположения)" к VLR. "Тип уточнения местоположения" должен указать, что производится IMSI-подключение, если "Тип Подключения" обозначен как одновременное GPRS/IMSI подключение. Иначе, "Тип Уточнения местоположения" должен указать нормальное уточнение местоположения. VLR создает ассоциацию с SGSN, сохраняя Номер SGSN. b) Если модификация LA производится с новым MSC, новый VLR посылает собщение "Модификация положения (IMSI, новый VLR)" к HLR. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 64 c) Если модификация LA производится с новым MSC, HLR посылает сообщение "Cancel Location (IMSI)" старому VLR. d) Старый VLR подтверждает сообщением "Cancel Location Ack (IMSI)". e) Если модификация LA производится с новым MSC, HLR посылает сообщение вставки данных пользователя "Insert Subscriber Data (IMSI, GSM subscriber data)" к новому VLR. f) VLR подтверждает вставку сообщением "Insert Subscriber Data Ack (IMSI)". g) После окончания процедур уточнения местоположения, HLR отвечает сообщением "Update Location Ack (IMSI)" к новому VLR. h) VLR отвечает сообщением "Location Update Accept (VLR TMSI)" к SGSN. 8) SGSN выбирает Радио Приоритет SMS и посылает сообщение "Attach Accept (P-TMSI, VLR TMSI, P-TMSI Signature, Radio Priority SMS)" к MS. P-TMSI включен, если SGSN выделяет новый P-TMSI. 9) Если P-TMSI или VLR TMSI были изменены, MS подтверждает полученный TMSI, возвращая сообщение "Attach Complete" к SGSN. 10) Если VLR TMSI был изменен, SGSN подтверждает перераспределение VLR TMSI, посылая сообщение "TMSI Reallocation Complete" к VLR. Если "Запрос на подключение" не может быть принят, SGSN возвращает сообщение "Подключение отклонено" ("Attach Reject (IMSI, Причина)") к MS. 2.2.3.5 Функция отключения Функция отключения (Detach) позволяет MS сообщать сети, что требуется сделать GPRS, и-или IMSI-отключение. Эта функция позволяет сети сообщать MS, что она была GPRS или IMSI-отключена сетью. Различают типы отключения: - IMSI-отключение; - GPRS-отключение; и - одновременное GPRS/IMSI отключение (может инициироваться только MS). MS может отключаться от GPRS явно или неявно: - Явное отключение: сеть или MS явно запрашивают отключение; - Неявное отключение: сеть без уведомления отключает MS после истечения времени таймера мобильной доступности (задаваемое 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 65 конфигурацией), или в результате разъединения логической связи из-за неустранимой ошибки в радиотракте. В случае явного отключения посылается сообщение "Запрос на отключение" ("Detach Request") от SGSN к MS, или от MS к SGSN. MS может произвести IMSI-отключение двумя зависимости является GPRS-подключенной или нет: способами, в - GPRS-подключенная MS посылает сообщение "Запрос на отключение" к SGSN, указывая тип IMSI-отключения. Это может быть сделано в комбинации с GPRS-отключением. - MS, не подключенная к GPRS производит IMSI-отключение как уже определено в GSM. В сообщении "Запрос на отключение" от MS имеется признак, чтобы сообщить, выключается MS или нет. Признак необходим, чтобы знать, нужно ли посылать сообщение "Отключение принято" ("Detach Accept") или нет. В сообщении "Запроса на отключение" со стороны сети может иметься признак, чтобы сообщить MS, что требуется начать GPRS-подключение и процедуры активации контекстов PDP (PDP Context Activation) для предыдущих активизированных контекстов PDP. Процедура отключения, инициированная MS Процедура отключения, инициированная MS показана на рисунке 2.10. Рисунок 2.10 - Процедура отключения, инициированная MS 1) MS отключается посылая сообщение "Запрос на отключение" (Detach Request (Detach Type, Switch Off) к SGSN. Тип отключения (Detach Type) показывает тип отключения, который должен быть выполнен: 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 66 только GPRS-отключение, только IMSI-отключение или объединенное GPRS, и IMSI-отключение. Поле "Switch Off" показывает: выключается MS или нет. 2) В случае GPRS-отключения, активные контексты PDP в GGSN относительно этой MS деактивируются SGSN, посылающим сообщение "Запрос удаления контекста PDP (TID)" к GGSN. GGSN подтверждает сообщением "Ответ на удаление контекста PDP (TID)". 3) В случае IMSI-отключения, SGSN посылает сообщение "Индикация IMSI отключения" (IMSI Detach Indication (IMSI) к VLR. 4) Если MS хочет остаться IMSI-подключенной и делает только GPRSотключение, SGSN посылает сообщение "Индикация GPRS отключения" (GPRS Detach Indication (IMSI) к VLR. VLR удаляет ассоциацию с SGSN и обрабатывает вызовы и уточнение местоположения без обращения к SGSN. 5) Если "Switch Off" указывает, что отключение происходит не из-за выключения, SGSN посылает сообщение "Отключение принято" (Detach Accept) к MS. Процедуры отключения, инициированные сетью Процедура отключения, инициированная SGSN Процедура рисунке 2.11. отключения, инициированная SGSN показана на Рисунок 2.11 - Процедура отключения, инициированная SGSN 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 67 1) SGSN сообщает MS, что она будет отключена сообщением "Запрос на отключение (Тип отключения)" к MS. Поле "Тип отключения" показывает, требуется ли MS сделать новое подключение и активацию контекста PDP для предварительно активизированных контекстов PDP. Если так, процедура подключения должна быть начата после окончания процедуры отключения. 2) Активные контексты PDP в GGSN относительно этой специфической MS деактивируются SGSN, посылающим сообщение "Запрос удаления контекста PDP (TID)" к GGSN. GGSN подтверждает сообщением "Ответ на запрос удаления контекста PDP (TID)". 3) Если MS была и IMSI- и GPRS-подключена, SGSN посылает сообщение "Индикация GPRS отключения" (GPRS Detach Indication (IMSI) к VLR. VLR удаляет ассоциацию с SGSN и обрабатывает вызовы и уточнение местоположения без использования SGSN. 4) MS посылает сообщение "Отключение принято" (Detach Accept) к SGSN в любое время после шага 1. Процедура отключения, инициированная HLR. HLR использует эту процедуру в определенных оператором целях для запроса удаления контекстов ММ и PDP абонента в SGSN. Процедура отключения, инициированная HLR, показана на рисунке 2.12. Рисунок 2.12 Процедура отключения, инициированная HLR. 1) Если HLR хочет запросить немедленное удаление контекстов ММ и PDP абонента из SGSN, HLR должен послать сообщение "Cancel Location" (IMSI, Cancellation Type) к SGSN с установленным полем "Cancellation Type" в "Подписка Изъята" ("Subscription Withdrawn") . 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 68 2) SGSN сообщает MS, что она будет отключена сообщением "Запрос на отключение" (Тип Отключения) к MS. Поле "Тип Отключения" должен показывать, что MS не требуется делать новое подключение и активацию контекста PDP. 3) Активные контексты PDP в GGSN относительно этой специфической MS деактивируются SGSN, посылающим сообщение "Запрос удаления Контекста PDP (TID)" к GGSN. GGSN подтверждает сообщением "Ответ на запрос удаления контекста PDP (TID)". 4) Если MS была и IMSI- и GPRS-подключена, SGSN посылает сообщение GPRS "Detach Indication" (IMSI) к VLR. VLR удаляет ассоциацию с SGSN и обрабатывает вызовы и уточнение местоположения без использования SGSN. 5) MS посылает сообщение "Detach Accept" к SGSN в любое время после шага 2. 6) SGSN должен подтвердить удаление контекстов MM и PDP сообщением "Cancel Location Ack (IMSI)". 2.2.3.6 Функция удаления Функция удаления позволяет SGSN информировать HLR о удалении контекстов ММ и PDP отключенной MS. SGSN, как опция, может немедленно удалять контексты ММ и PDP MS после неявного или явного отключения MS. Альтернативно, SGSN может сохранять в течение некоторого времени контексты ММ и PDP и аутентификационные триплеты отдельной MS для того, чтобы контексты могли многократно использоваться в более позднем GPRS-подключении без обращения к HLR. 2.2.3.7 Функция безопасности Функция безопасности: - Принимает меры против неправомочного использования службы GPRS (идентификация и подтверждение запроса на обслуживание); - Обеспечивает конфиденциальность идентификаторов пользователя (временная идентификация и шифрование); 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 69 - Обеспечивает конфиденциальность (шифрованием). данных пользователя Аутентификация подписчика (пользователя) Используются процедуры, уже определенные в GSM, с различием, что процедуры выполняются от SGSN. Процедура Аутентификации GPRS выполняет идентификацию абонента, или выбор алгоритма шифрования и синхронизацию начала шифрования, или, и то, и другое. Аутентификационные триплеты хранятся в SGSN. MSC/VLR не должен подтверждать подлинность MS через SGSN на IMSI-подключении, ни уточнение местоположения, но может подтверждать подлинность MS в течение установления соединения CS. Связанные с защитой сетевые функции описаны в GSM 03.20 [27]. Конфиденциальность идентификаторов пользователя Временный Идентификатор Логической Связи (TLLI) идентифицирует пользователя GPRS. Соотношения между TLLI и IMSI известны только MS и SGSN. TLLI получен из P-TMSI, выделенного SGSN или построен MS как описано в подразделе "NSAPI и TLLI " [10]. SGSN может перераспределять P-TMSI в любое время, когда MS находится в состоянии ГОТОВНОСТИ. Процедура перераспределения может быть выполнена процедурой P-TMSI Reallocation, или это может быть включено в процедурах Подключения (Attach) или Модификации Области Маршрутизации (Routing Area Update). Конфиденциальность GMM/SM данных пользователя и сигнализации Диапазон шифрования. В отличие от диапазона шифрования в существующем GSM (одиночный логический канал между BTS и MS), диапазон шифрования GPRS - от функции шифрования в SGSN до функции шифрования в MS. Шифрование производится на уровне LLC, и по существующему GSM MS-BTS радиотракту LLC PDU передаются как открытый текст. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 70 Рисунок 2.13 - Диапазон шифрования GPRS. Алгоритм шифрования GPRS. Должен быть выбран алгоритм шифрования для использования в GPRS. Может быть разработан новый алгоритм шифрования. GSM 01.61 [28] содержит требования для алгоритма шифрования GPRS. Номер кадра TDMA не известен SGSN. В этом случае, номер кадра LLC может заменить номер кадра TDMA на входе алгоритма. Должны использоваться стандартные процедуры управления ключами Kc. Процедура проверки идентичности. Должны использоваться процедуры проверки идентичности MS, уже определенные в GSM, с различием, что процедуры выполнены из SGSN. 2.2.3.8 Функция управления положением. Функция управления положением: - обеспечивает механизмы для выбора PLMN и ячейки; - обеспечивает механизм для Маршрутизации для MS в "ГОТОВНОСТЬ"; и сети, чтобы знать Область состояниях "ОЖИДАНИЕ" и - обеспечивает механизм для сети, чтобы знать идентификаторы ячейки для для MS в состояниях "ОЖИДАНИЕ" и "ГОТОВНОСТЬ". 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 71 Понятие "Область маршрутизации" (RA) определено в подразделе "Идентификаторы области маршрутизации" в GSM 03.60. Процедуры управления положением. Сеть должна информировать MS для: - обнаружения перехода в но новую ячейку или новую RA; и - решения, когда выполнять периодические модификации RA. MS обнаруживает, что перешла в новую ячейку, сравнивая идентификатор ячейки с идентификатором ячейки, сохраненной в контексте ММ MS. MS обнаруживает переход в новую RA, периодически сравнивая RAI, сохраненный в его контексте ММ с полученным от новой ячейки. MS должна учитывать гистерезис в измерениях мощности сигнала. Когда MS переходит в новую ячейку, возможно даже в новую RA, возможен один из трех возможных сценариев: - требуется модификация ячейки; - требуется модификация области маршрутизации; или - требуется объединенная модификация области маршрутизации и области местоположения. Во всех трех сценариях MS хранит идентификатор ячейки в ее контексте ММ. Если MS переходит в новую PLMN, MS должен или выполнить модификацию области маршрутизации, или перейти в состояние "НЕ ЗАНЯТО". В режиме работы сети II и III, всякий раз, когда MS решает, что должна выполнить модификацию LA и RA, MS сначала должна выполнить модификацию LA. Сообщения "Запрос модификации области маршрутизации" должны быть посланы нешифрованными, т.к. в случае межсетевой модификации области маршрутизации, новый SGSN должен быть способен обработать запрос. Процедура модификации ячейки. Модификация ячейки имеет место, когда MS переходит в новую ячейку внутри текущей RA, и MS находится в состоянии "ГОТОВНОСТЬ". Если изменилась RA, вместо модификации ячейки выполняется модификация области маршрутизации. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 72 MS выполняет процедуру модификации ячейки, посылая «вверх» кадр LLC любого типа, содержащего идентификатор MS к SGSN. В направлении к SGSN, BSS должна добавить Глобальный Идентификатор Ячейки, включая RAC и LAC, ко всем кадрам BSSGP. (См. GSM 08.18.). Модификация ячейки происходит после любого правильно принятого и допустимого LLC PDU, который несет внутри BSSGP PDU, содержащий новый идентификатор ячейки. SGSN делает в записи этой MS изменение ячейки, и дальнейший трафик к MS будет передан в новую ячейку. Процедура модификации области маршрутизации. Модификация области маршрутизации имеет место, когда GPRS – подключенная MS обнаруживает, что перешла в новую RA, либо когда истек таймер периодической модификации RA, либо когда временно приостановленная MS не возобновляется BSS (см. подраздел "Приостановка GPRS Услуги"). SGSN обнаруживает, что это – intra- SGSN модификация области маршрутизации. В этом случае, SGSN имеет всю необходимую информацию относительно MS и нет никакой потребности сообщать GGSN или HLR о новом местоположении MS. Периодическая модификация RA всегда intra- SGSN модификация области маршрутизации. MS в состоянии ГОТОВНОСТИ при анонимном доступе не должна выполнять модификацию области маршрутизации для AA контекста ММ. Если MS перешла в новую область маршрутизации, должна быть начата новая процедура "Anonimous Access PDP Context Activation". Старый контекст неявно удаляется по истечению таймера состояния "ГОТОВНОСТЬ". Для более подробной информации смотрите GSM 03.60. 2.2.3.9 Функция управления пользователями. Функция управления пользователями (Subscriber Management) обеспечивает механизм, чтобы сообщить узлам GPRS относительно изменений пользовательских данных GPRS для определенного абонента GPRS. Процедуры управления пользователями. Всякий раз, когда пользовательские данные абонента GPRS изменены в HLR для, и изменения затрагивают пользовательские данные GPRS, 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 73 хранящиеся в SGSN, тогда узел SGSN должен быть информирован относительно этих изменений посредством следующих процедур: - процедура "Вставка данных пользователя" ("Insert Subscriber Data"), используемая, чтобы добавлять или изменять пользовательские данные GPRS в SGSN; или - процедура "Удаление данных пользователя" ("Delete Subscriber Data"), используемая, чтобы удалять пользовательские данные GPRS в SGSN. Эти функции более подробно описаны в GSM 09.02 [29]. 2.2.4 Интерфейсы GPRS 2.2.4.1 Структура логических каналов управления GPRS Аналогично GSM, каналы управления GPRS обеспечивают передачу сигналов управления и синхронизации. Различают четыре вида каналов управления: PСССН и СPСССН (Packet Common Control Channels и Compact Packet Common Control Channels) - общие каналы управления для пакетной передачи; Используются четыре типа общих каналов управления СССН: PRACH и CPRACH (Packet Random Access Channel и Compact Packet Random Access Channel) - каналы параллельного доступа, используется только в направлении от подвижной станции к базовой для запроса передачи данных или сигнальной информации "вверх". Интервал пакетного доступа и расширенный интервал пакетного доступа используются для PRACH. Расширенный интервал пакетного доступа используется для CPRACH; PРСН и CPPCH (Packet Paging Channel и Compact Packet Paging Channel) - каналы вызова, используются только в направлении от базовой станции к подвижной для ее вызова. PPCH может использоваться как для пакетного вызова, так и для вызова с коммутацией каналов. Вызов для услуг с коммутацией каналов возможен только в том случае, если мобильная станция поддерживает классы A или B GPRS и сеть работает в режиме I; PAGCH и CPAGCH (Packet Access Grant Channel и Compact Packet Access Grant Channel) - каналы разрешенного доступа, используется только для передачи с базовой станции на подвижную. Используются во время 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 74 установления соединения для передачи мобильной станции информации о выделенных ресурсах); PNCH и CPNCH (Packet Notification Channel и Compact Packet Notification Channel) – используются для извещения группы мобильных станций о начале передачи пакетов в режиме "Точка-Мультиточка" PTM-M. PВССН и CPBCCH (Packet Broadcast Control Channels и Compact Packet Broadcast Control Channels) - каналы передачи сигналов управления; используются только в канале "вниз". Если PBCCH не определен, используется информация, передаваемая по BCCH. CPBCCH и BCCH взаимно исключительны. CFCCH (Compact Frequency Correction Channel) - канал подстройки частоты, аналогичен FCCH GSM за одним исключением – FCCH отображается на 51-кадровый мультикадр, как описано в GSM 05.02 []; CSCH (Compact Synchronization Channel) - канал синхронизации, аналогичен SCH. Основное отличие в том , что SCH отображается на 51кадровый мультикадр, как описано в GSM 05.02. PTCCH (Packet Timing advance Control Channel) – два кадра их мультифрейма используются для передачи PTCCH. Отображение подканалов PTCCH/U и PTCCH/D должно быть как описано в GSM 05.02. PDTCH (Packet Data Traffic Channel) – каналы пакетного трафика, временно назначается одной или группе MS (в случае соединения PTM-M). При многослотовых операциях, MS использует несколько временных интервалов для передачи данных. Все каналы трафика пакетных данных однонаправлены, т.е. имеется канал PDTCH/U для передачи данных от мобильной станции и канал PDTCH/D для передачи данных на мобильную станцию. PАССН (Packet Associated Control Channels) - совмещенные каналы управления. 2.2.4.2 Радиоинтерфейс Um Структура мультикадра канала трафика пакетных данных PDCH показана на рисунке 2.14. Основное отличие от GSM в том, что данные передаются блоками из четырех пакетов по 114 бит. Общая длина блока составляет 456 бит. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 75 Рисунок 2.14 – Структура мультикадра PDCH На рисунке 2.15 показана структура полускоростного канала трафика передачи пакетных данных. В этом канале отсутствуют кадры PTCCH и два пустых кадра могут использоваться для измерения уровня сигнала. Рисунок 2.15 – Структура мультикадра PDCH/H 2.2.4.3 Интерфейс Gb Этот интерфейс соединяет систему базовых станций и SGSN для обмена сигнальной информацией и данными пользователя. Gb интерфейс мультиплексирует данные многих пользователей в одном физическом ресурсе. Ресурсы выделяются пользователю в случае его активности (когда передаются или принимаются данные) и немедленно перераспределяются после окончания. Это главное его отличие от Abis интерфейса, где один пользователь монопольно использует выделенный физический ресурс в течение всего времени вызова, независимо от активности. Сигнализация и данные пользователей передаются на одном уровне. Для сигнальной информации не требуется выделенных физических ресурсов. Скорость доступа для пользователя может изменяться без ограничений от нуля до максимально возможного значения, например, 1984 кбит/с в тракте E1. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 76 Протокол физического уровня Интерфейсы физического уровня могут быть следующими: a) ANSI T1.403. b) V.35, физические цепи и DTE/DCE интерфейс. c) G.703. d) G.704. e) X.21. f) ANSI-530-A-1992. g) HSSI. Интерфейс Gb может быть мультиплексирован с А-интерфейсом в одном первичном цифровом канале со скоростью 2,048 Мбит/с (G.704). Протоколы канального уровня Канальный уровень Gb интерфейса основан на Frame Relay, как описано в GSM 08.14. Между SGSN и BSS устанавливаются виртуальные каналы Frame Relay для передачи сигнальной информации и данных пользователей, LLC PDU многих пользователей мультиплексируются в виртуальных каналах. Характеристики соединения Frame Relay: - максимальный размер поля информации FR – 1600 байт; - длина адреса FR – 2 байта; - BSS и SGSN – должны быть Frame Relay DTE, SNSN дополнительно может быть DCE; - Должны использоваться FR PVC; - На уровне FR ошибки должны обнаруживаться, но не исправляться; - Одно или несколько FR PVC используются между одним SGSN и одной BSS для передачи BSSGP PDU. Протокол BSSGP, а также управление потоком описаны в GSM 08.18 и GSM 03.60. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 77 2.2.4.4 Интерфейс Abis В случае удаленных функций уровней MAC и RLC GPRS, информация между Channel Codec Unit (CCU) и удаленным пакетным контроллером (Packet Control Unit, PCU) передается кадрами фиксированной длины 320 бит (20 мс). В этих кадрах передаются данные GPRS и управляющие сигналы RLC/MAC. Abis интерфейс остается таким же, как в GSM в случае расположения PCU в узле контроллера базовых станций (BSC) (вариант B на рисунке 2.16) или узле SGSN (вариант С на рисунке 2.16). В варианте B, PCU выполнен в виде дополнительного блока к BSC. В варианте C, BSC должен прозрачно передавать каналы 16кбит/с. В вариантах B и C, PCU обозначен, как "удаленный PCU". Удаленный PCU рассматривается, часть контроллера базовых станций, и передача сигналов между контроллером базовых станций и PCU может быть выполнена с использованием внутренних сигналов BSS. Функции сигнализации между CCU и PCU реализуются с использованием кадров PCU в случае использования интерфейса Abis (B и C на рисунке 2.16). Рисунок 2.16 – Позиции удаленного PCU PCU выполняет следующие функции уровней GPRS MAC и RLC, как определено в GSM 03.64: - сегментацию PDU уровня LLC в RLC блоки для передачи "вниз"; - сборку PDU LLC из блоков RLC для передачи "вверх"; 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 78 - функции PDCH при передаче данных в обе стороны. - функцию ARQ канала PDCH "вверх", подтверждение/неподтверждение блоков RLC; включая - функцию ARQ канала PDCH "вниз", включая буферизацию и повторную передачу RLC блоков. - Функции управления доступом к каналам, например, запрос доступа и подтверждение; - Функции управления радиоканалами, такими, как управление выходной мощностью, управление перегрузкой, передача системной информации. Функции модуля канального кодера (CCU): - функции канального кодирования, включая защиту от ошибок и перемежение; - функции измерений в радиоканале, включая качество принимаемого сигнала, уровень принимаемого сигнала, измерение временных задержек. BSS распоряжается выделением радиоресурсов. Кадр PCU должен передаваться между CCU и PCU каждые 20 мс. Удаленный пакетный контроллер (PCU) Если PCU установлен удаленно от базовой станции (BTS), канальный кодер (CCU) в BTS может управляться удаленным PCU в BSC. Удаленное управление основано на внутриполосной сигнализации в бите C в каждом кадре PCU. 2.2.5 Идентификаторы 2.2.5.1 IMSI Уникальный международный мобильный идентификатор пользователя (International Mobile Subscriber Identity) должен быть присвоен каждому мобильному пользователю сети GSM. IMSI также используется в сети GPRS, исключая анонимных пользователей. IMSI определен в GSM 03.03 []. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 79 2.2.5.2 Пакетный TMSI Пакетный временный мобильный идентификатор пользователя (Packet Temporary Mobile Subscriber Identity) должен быть присвоен каждой GPRSподключенной мобильной станции. P-TMSI определен в GSM 03.03. 2.2.5.3 NSAPI и TLLI Идентификатор точки доступа службы сетевого уровня (Network layer Service Access Point Identifier, NSAPI) и Идентификатор временной логической связи (Temporary Logical Link Identity, TLLI) используются для маршрутизации на сетевом уровне. Пара NSAPI/TLLI однозначна в области маршрутизации. В мобильной станции NSAPI идентифицирует PDP-SAP. В SGSN и GGSN, NSAPI идентифицирует PDP контекст, связанный с адресом PDP. Между MS и SGSN, TLLI однозначно идентифицирует логическую связь. Когда MS запрашивает активацию контекста PDP, MS выбирает один из свободных NSAPI. NSAPI является частью Туннельного идентификатора (TID). Более подробное описание в GSM 03.60. 2.2.5.4 Адрес PDP Пользователь GPRS, идентифицированный IMSI, должен иметь один или более адресов сетевого уровня, т.е. адресов PDP временно и/или постоянно связываемых с ним, которые соответствует стандартной схеме адресации соответствующих служб сетевого уровня, например: - адрес IPv4; - адрес IPv6; - адрес X.121. Адреса PDP активируются и деактивируются во время процедур управления мобильностью (MM), как описано в подразделе "Функции активации, модификации и деактивации контекста PDP". 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 80 2.2.5.5 TID Туннельный идентификатор (TID) используется протоколом туннелирования GPRS между GSN для идентификации контекста PDP. Комбинация IMSI и NSAPI уникально идентифицирует одиночный контекст PDP. TID передается GGSN во время активации контекста PDP и в дальнейшем используется при туннелировании данных пользователя между GGSN и SGSN для идентификации контекста PDP мобильной станции в SGSN и GGSN. TID используется также для передачи N-PDU от старого SGSN к новому SGSN после выполнения обновления области маршрутизации. В случае анонимного доступа, SGSN выделяется локально AA-TID. AATID состоит из A-TLLI и NSAPI подобно TID. Так как IMSI длиннее AATLLI, то неиспользуемые цифры должны применяться для формирования уникального идентификатора в пределах сети. Выделение AA-TID не должно пересекаться с областью адресов TID. 2.2.5.6 Идентификатор области маршрутизации (RAI) Идентификатор области маршрутизации (Routing Area Identity, RAI), назначенный оператором, идентифицирует одну или несколько ячеек. RAI передается вместе с системной информацией и используется MS для определения пересечения границы области маршрутизации при переключении ячейки. Положение MS в состоянии "ОЖИДАНИЕ" известно в SGSN на уровне области маршрутизации. Ячейки внутри LA, не поддерживающие GPRS, группируются SGSN и BSS в нулевую область маршрутизации. Область маршрутизации может быть частью только одной LA. Область маршрутизации обслуживается только одним SGSN. 2.2.5.7 Идентификатор ячейки Идентификатор ячейки (CI) идентифицирует одну ячейку. CI описан в GSM 03.03. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 81 2.2.5.8 Адреса GSN - адрес GSN Каждый SGSN и GGSN должен иметь IP адрес (IPv4 или IPv6) для взаимосвязи через магистральную сеть GPRS. IP адрес GSN и других узлов сети GPRS назначается из локального адресного пространства сети и не доступен из Интернет. Для SGSN и GGSN этот IP адрес может соответствовать одному или нескольким DNS логическим именам. - номер GSN Каждый SGSN должен иметь номер SGSN для связи, например, с HLR иди EIR. Каждый SGSN с интерфейсом ОКС № 7 Gc должен иметь номер SGSN для связи с HLR. 2.2.5.9 Имя точки доступа (APN) В магистральной сети GPRS, имя точки доступа описывает используемый GGSN. Дополнительно, APN может идентифицировать внешнюю сеть в GGSN. APN создается двумя путями, как описано в GSM 03.03. 2.2.6 Взаимодействие с другими GSM услугами 2.2.6.1 Служба SMS Мобильная станция, подключенная к GPRS получает возможность приема и передачи SMS по каналам GPRS. MS, подключенная к GPRS и не подключенная к IMSI, должна передавать короткие сообщения через каналы GPRS. MS, одновременно подключенная к GPRS и IMSI, может передавать короткие сообщения как через каналы GPRS, так и через не-GPRS каналы управления (в случае использования не-GPRS каналов управления, вызов SMS на мобильное оконечное устройство может идти через SGSN). 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 82 Два подкласса определяют операции маршрутизации и передачи через радиоканалы GPRS короткого сообщения, как входящего на MS и исходящего из MS. Подробная информация в GSM 03.60. 2.2.6.2 Услуги коммутации каналов (CS) Возможность использования абонентом GPRS услуг с коммутацией каналов зависит от условий доступа пользователя к сети, возможностей сети, возможностей мобильной станции. Взаимодействие между службами GPRS и коммутации каналов описано в подразделе "Взаимодействие между SGSN и MSC/VLR". 2.2.7 Особенности биллинга для сетей GPRS 2.2.7.1 Образование учетной информации Вызов от базовой станции направляется в узлы SGSN или GGSN, соединяющие мобильную станцию с сетями пакетной передачи данных. Узел SGSN присваивает каждой сессии уникальный номер (ID), используемый в дальнейшем при начислениях. Для того, чтобы оператор смог произвести начисления за пользование пакетными сетями, должны быть сформированы учетные записи (Call Detail Record, CDR) нескольких типов. Эти новые CDR должны считываться с узлов поддержки GPRS при помощи процедуры, называемой Charging Gateway Function (CGF), сведены в единое целое, отфильтрованы и отформатированы для последующей передачи в биллинговую систему. В сетях GPRS могут генерироваться пять типов учетных записей, на основе которых впоследствии можно производить расчеты с абонентами: - S-CDR содержит информацию, относящуюся к работе мобильной станции; - G-CDR содержит информацию, относящуюся к использованию услуги у удаленной сети; 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 83 - M-CDR содержит информацию, относящуюся к мобильности и положению абонента; - Короткие сообщение (SMS), передаваемые через каналы GPRS, порождают еще два типа записей, относящихся к входящим и исходящим сообщениям. Существенное отличие этих учетных записей от CDR, образуемых в сетях с коммутацией каналов, состоит в том, что S-CDR и G-CDR содержат блоки информации об объеме трафика, переданного при определенных ценовых условиях (traffic data volumes, TVD). Ценовые условия могут изменяться, когда меняется уровень QoS предоставленной услуги, когда начинается новый тарификационный период. Узлы GSN записывают соответствующие данные в одно из TVD-полей CDR, независимо от того, завершено соединение или нет. Эти поля могут непрерывно обновляться в течение, например, дня или же S-CDR и G-CDR могут быть "закрыты" и переданы для обработки, в то время как начнут генерироваться новые учетные записи. Все перечисленные данные, необходимые для тарификации, собираются при помощи упомянутой выше функции CGF, которая играет роль посреднической системы (mediation device) для сетей GPRS. Функция CGF может выполняться как централизованно, так и распределенно. Возможны и комбинированные решения – распределенное выполнение на узлах GSN основных операций, к которым относятся сбор, сохранение и преобразование CDR и централизованное выполнение расширенных операций. Расширенные операции CGF могут быть реализованы в размещаемом между узлами поддержки GPRS (SGSN и GGSN) и биллинговой системой буферном устройстве (Billing Gateway, BGW), в задачи которого может входить: - сохранение CDR в течение GPRS-сессии, которая считается открытой, пока активен PDP-контекст; - сопоставление и объединение частных CDR, сгенерированных в течение одной сессии в одну общую запись, а также их фильтрация; - расчет стоимости объема переданной информации; - перевод CDR в формат, пригодный для обработки в биллинговой системе. Следует отметить, что спецификациями GPRS не предусмотрены средства для создания CDR, связанных с содержанием передаваемой информации. Такие записи должны генерироваться отдельно и использоваться совместно с описанными для получения целостного представления об использованной услуге. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 84 2.2.7.2 Ценовые модели и биллинг В настоящее время идут споры по поводу того, использовать ли всю описанную учетную информацию, только ее часть или вообще не использовать ничего. Ответы на этот вопрос зависят от принятой модели ведения бизнеса и принципов начислений. Наличие всей информации означает возможность реализовать любой сценарий биллинга, в том числе и такой, который пока даже не обсуждался, или отвергнуть все, что не соответствует текущей бизнес-модели. Кроме того, данные, пусть даже и избыточные, могут быть использованы не только для проведения биллинга, но и для планирования сетей, борьбы с мошенничеством и т.д. Но независимо от их полезности все эти данные должны быть легкодоступными и пригодными для обработки биллинговыми системами. Преобразование биллинговой информации, образующейся в сетях GPRS, в вид, подходящий для обработки в биллинговой системе, само по себе не обещает быть легким делом. Но даже если оставить в стороне этот вопрос, можно ожидать, что объем информации, перерабатываемый при тарификации, будет попросту гигантским. Считается, что один абонент делает 3-7 голосовых вызовов в день. При пакетной передаче количество учетных записей может возрасти до 20-59, причем это будут записи разных типов. Задача состоит в том, чтобы свести несколько записей различных типов к одной, пригодной для дальнейшей обработки; основная трудность здесь заключается в идентификации всех записей из PDP-контекста, относящихся к одному вызову. Принципы тарификации в сетях с коммутацией каналов давно известны и хорошо проработаны [30]. Переход на новые ценовые модели, которые подразумевают начисления, зависящие от объема переданной информации и начисления за право доступа в "чужую" сеть. Кроме того, могут появиться и "внесетевые" сервисы, связанные, например, с банковскими транзакциями, рекламой, торговлей и пр. Можно выделить три блока услуг, для которых, вероятно, потребуются отдельные бизнес-модели: - услуги, оплачиваемые на основе продолжительности их потребления (голосовая связь, видеоконференции, видеофильмы, телевидение, радио); - услуги, оплачиваемые на основе объема переданной информации (просмотр Веб-ресурсов, передача файлов, электронная почта); 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 85 - услуги, оплачиваемые за каждую транзакцию (сделки, игры, запросы к базам данных). Один из предполагаемых подходов к необходимости учета различных параметров для различных услуг представлен в таблице. Когда пользователь заказывает ту или иную услугу, оператор, подключающий эту услугу пользователю, вносит информацию о необходимых точках доступа (Access Point Name, APN) в регистр HLR GSM. Типы APN включают в себя Интернет-провайдеров, корпоративные сети, почтовые серверы, широковещательные услуги, каналы телеметрии, игровые "зоны" и пр. Перечисленные типы и ценность информации, переданная через ту или иную точки доступа, значительно отличаются друг от друга, что должно отразиться и в начислениях. В качестве возможных механизмов могут рассматриваться абонентская плата, привязка к событию (фиксированная плата за использование услуги), объем переданной информации и время, в которое она была запрошена. Может применяться и любая комбинация перечисленных механизмов, основное требование остается неизменным – биллинг должен быть прозрачным и гибким. В отличие от традиционного биллинга, в сетях GPRS уровень QoS может играть существенную роль при расчете стоимости предоставленной услуги. Однако QoS может меняться в течение одного сеанса. И при изменении параметров QoS каждый раз должна образовываться новая учетная запись для расчета стоимости соответствующей порции данных. Занесение всех таких частичных учетных записей в биллинговую систему может сильно перегрузить ее. Предполагается, что задачу "сшивания" учетных записей в одну, соответствующую одному сеансу, должны взять на себя буферные устройства, возможно – узлы GSN. Уже упоминалось, что при передаче данных могут применяться и традиционные подходы, основанные на расчете длительности соединения и повременной ставке. На первом этапе может оказаться, что у операторов другой альтернативы и нет. Известно, что в классической телефонии биллинг основан на событиях, и событием является вызов. Некоторые эксперты предлагают использовать тот же подход и для биллинга передачи данных, по крайней мере, на начальной стадии. Если объем данных интерпретировать как продолжительность вызова, а уровень QoS – как тип вызова, то это позволит использовать в течение какого-то времени существующие биллинговые системы для работы с новыми услугами без кардинальной их модификации. Даже беглое перечисление параметров, учет которых может потребоваться для проведения биллинга, показывает, что для поддержки стандарта GPRS потребуются чрезвычайно гибкие модули тарификации. Возможно, что не все существующие биллинговые системы обладают 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 86 соответствующим потенциалом. Кроме того, на повестке дня остается требование консолидированного биллинга, т.е. внесения сведений, относящихся к расчетам за передачу данных, в общий выставляемый счет. Учитывая темпы прогресса в области информационных технологий, рискнем предположить, что весь арсенал средств, которыми будут оснащены модули тарификации и биллинга, поддерживающие GPRS, может потребоваться оператору связи начиная с самого первого дня эксплуатации этого стандарта [31]. Описание процедур и возможностей биллинга в GSM 12.15. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 87 3 Реализация GPRS в существующей сети GSM 3.1 Изменение архитектуры сети Для предоставления услуг GPRS необходимо произвести некоторые изменения в существующую сеть GSM: 1. Установка модуля пакетного контроллера (PCU) в контроллер базовых станции. В зависимости от производителя, установка PCU возможна так же и в новом элементе сети – SGSN. 2. Установка двух новых сетевых элемента – узла поддержки и шлюзового узла GPRS. Конструктивно они могут быть выполнены в виде одного модуля. Эти сетевые элементы также могут устанавливаться в разные точки сети. Максимальное количество ограничивается возможностями оборудования конкретного производителя. Рисунок 3.1 – Изменения архитектуры сети GSM 3.2 Необходимая модернизация оборудования Кроме установки элементов, для предоставления услуг GPRS необходимо модернизировать следующие существующие элементы сети GSM (таблица 3.1). Таблица 3.1 – Модернизация сети GSM Элемент сети Необходимая модификация или обновление для GPRS Пользовательский терминал (TE) Требуется полностью новый терминал. Эти терминалы при голосовых вызовах будут совместимы с GSM. Базовая станция (BTS) Обновление программного обеспечения. Контроллер базовых станций (BSC) Обновление программного обеспечения. Установка нового аппаратного модуля пакетного контроллера (PCU). PCU направляет трафик передачи данных в сеть GPRS. PCU может быть выполнен в виде отдельного аппаратного модуля, связанного с BSS. Ядро сети Установка двух новых сетевых элементов: - Узла поддержки GPRS (SGSN) и - Узла поддержки шлюза GPRS (GGSN). 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 88 Базы данных (HLR, VLR и т.д.) Обновление программного обеспечения для обеспечения обработки новых моделей вызовов и функций GPRS. 3.3 Технические характеристики оборудования GPRS Технические характеристики элементов сети GPRS на примере оборудования фирмы Моторола (получено из открытых источников). - PCU Трактов к BSS – 4xE1 Возможность подключения - точка – точка Е1 или (Nx64кбит/с) - Виртуальное соединение через сеть Frame Relay - SGSN - Один 16-ти слотовый PCI-шелф может содержать до 3-х модулей SGSN - Каждый SGSN обрабатывает до 2000 пакетов в секунду, 10000 подключенных пользователей и 10000 активных контекстов PDP - Максимальное количество SGSN в сети – 18 - GGSN Производительность: до 200000 быстрых переключений в секунду До 20000 переключений процессов в секунду Поддержка современных высокоскоростных приложений мультимедиа Службы 3-о уровня: компрессия, шифрование, управление трафиком (QoS, подсчет трафика, функции обеспечения безопасности) Поддержка программного обеспечения Cisco IOS Различные интерфейсы 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 89 4 Оценка конкурентоспособности Оценку конкурентоспособности технологий мобильной передачи данных с точки зрения конечного пользователя будем производить бальным методом. Для сравнения возьмем три технологии: 3. Передача данных по коммутируемым каналам CSD; 4. Высокоскоростная передача данных по коммутируемым каналам HSCSD; 5. Передача данных по каналам GPRS. Далее определим параметры для сравнения: Х1 – скорость передачи данных; Х2 – скорость установления соединения; Х3 – метод начисления оплаты; Х4 – эффективность передачи небольших объемов данных; Х5 – поддержка технологии операторами сетей. На основании данных приоритетности этих параметров составим матрицу смежности. Таблица 4.1 – Матрица смежности Х1 Х2 Х3 Х4 Х5 Bi B'i Х1 1,0 1,5 1,0 1,0 1,5 6,0 0,24 Х2 0,5 1,0 1,0 0,5 1,5 4,5 0,18 Х3 1,0 1,0 1,0 0,5 1,5 5,0 0,20 Х4 1,0 1,5 1,5 1,0 1,5 6,5 0,26 Х5 0,5 0,5 0,5 0,5 1,0 3,0 0,12 25,0 1,00 B Далее произведем бальную оценке каждого параметра для каждой технологии передачи данных. Максимальный балл оценки – 5. На основании этих данных составим таблицу. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 90 Таблица 4.2 – Бальная оценка значимости параметров Технология Х1 Х2 Х3 Х4 Х5 0,24 0,18 0,20 0,26 0,12 CSD 1 2 2 1 5 1,86 HSCSD 3 2 2 2 1 2,12 GPRS 5 5 5 5 3 4,76 B'i Kj В результате мы получили для пакетной передачи данных оценку конкурентоспособности, Kgprs = 4,76; что выше оценки для высокоскоростной передачи данных HSCSD (2,12), а также выше оценки услуги передачи данных CSD GSM (1,86). Из этого следует, что данная технология обладает достаточной конкурентоспособностью, чтобы занять место на рынке мобильных телекоммуникаций. Это подтверждается данными, что большинство крупных операторов мобильной связи GSM начали развертывать свои сети GPRS, а некоторые из них (British Telecom (Англия), Tele.Ring (Австрия), T-D1 (TMobile, Германия), Telsim (Турция), China Unicom (Китай) и другие) уже запустили свои сети в коммерческую эксплуатацию. В нашей стране развернуты две сети GPRS ("Мобильные телесистемы" и АО "Вымпелком" (Би-Лайн) в Москве. Пока они находятся в опытной эксплуатации, начало коммерческой эксплуатации намечено на второе полугодие. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 91 5 Безопасность и экология производства 5.1 Введение "Как абоненты, так и операторы систем подвижной и сотовой радиосвязи (СПРС) проявляют неослабевающий интерес к проблеме обеспечения безопасности по фактору электромагнитного излучения (ЭМИ) используемого мобильного оборудования. Не только у нас, в России, но и во всем мире … любая информация на эту тему обычно внимательно анализируется и горячо обсуждается всеми заинтересованными организациями и частными лицами. К сожалению, помимо достоверных и научно обоснованных данных, в печати встречается немало бездоказательных, а порой конъюнктурных высказываний в чисто коммерческих целях. При этом абонентов, с одной стороны, утверждают в абсолютной безопасности всей техники, производимой отечественными и зарубежными производителями СПРС (чего, как известно, не может быть по определению). С другой стороны, "запугивают" немедленными, а в особенности отдаленными последствиями воздействия ЭМИ – на первый взгляд из чисто гуманистических побуждений. Однако, присмотревшись, можно и здесь обнаружить некоторую коммерческую подоплеку: поскольку в итоге дело сводится либо к просьбам о выделении средств на обновление действующей нормативной базы, либо к рекламе каких-то новейших, также абсолютно эффективных и универсальных, средств защиты от ЭМИ" [35]. "Техногенные электромагнитные поля представляют собой наиболее распространенный в современных условиях фактор возможного влияния на человека. Являясь биологически активным фактором, электромагнитное поле может оказать неблагоприятное воздействие на организм человека и окружающую среду. Это приводит к необходимости внимательного рассмотрения и решения проблемы "электромагнитного загрязнения" окружающей среды и обеспечения защиты человека от возможного вредного воздействия электромагнитных полей – проблемы электромагнитной экологии" [36]. 5.2 Основные определения Электромагнитное поле (ЭМП) – особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 92 Электромагнитное загрязнение – все виды электромагнитных полей (излучений), генерируемых установками, созданными человеком. Электромагнитный мониторинг – система измерений, оценки и прогноза состояния среды по электромагнитному фактору. Функциональные передатчики – устройства, целенаправленно излучающие ЭМП в окружающую среду контролируемым образом с целью передачи информации. Излучение технических средств – электромагнитные поля с высокой пространственной концентрацией, создаваемые следующими источниками: техническими средствами радиосвязи (РС), радиовещания (РВ) и телевидения (ТВ); навигационной и телеметрической аппаратурой; радиолокационными станциями (РЛС); промышленными установками; линиями электропередачи (ЛЭП) и энергетическими установками; медицинскими и научными установками; компьютерной техникой; техническим средствами подвижной и пейджинговой связи и т.д. Краткие характеристики источников: Системы сотовой связи: мощности – десятки-сотни Вт для передатчика базовой станции, доли-единицы Вт для абонентской станции; базовые станции в городах (зоне покрытия), абонентские – в непосредственной близости от пользователя и окружающих. Таблица 5.1 - Частотные диапазоны электромагнитного спектра в полосе частот 30 Гц – 300 ГГц. Номер диапазо на Полоса частот 2 30-300 Гц Мегаметровые Сверхнизкие частоты (СНЧ) 3 0,3-3 кГц Гектокилометровые Инфранизкие частоты (ИНЧ) 4 3-30 кГц Мириаметровые Очень низкие частоты (ОНЧ) 5 30-300 кГц Километровые Низкие частоты (НЧ) 6 0,3-3 МГц Гектометровые Средние частоты (СЧ) 7 3-30 МГц Декаметровые Высокие частоты (ВЧ) 8 30-300 МГц Метровые Очень высокие частоты (ОВЧ) 9 0,3-3 ГГц Дециметровые Ультравысокие частоты (УВЧ) 10 3-30 ГГц Сантиметровые Сверхвысокие частоты (СВЧ) 11 30-300 ГГц Миллиметровые Крайне высокие частоты (КВЧ) Волны Описание и обозначение Изотропная антенна – воображаемая антенна без потерь, излучающая радиоволны равномерно во все стороны. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 93 Направленная антенна – антенна, обеспечивающая в определенном направлении более эффективное излучение или прием радиоволн. Коэффициент усиления антенны G – параметр, характеризующий относительный энергетический выигрыш (проигрыш) в радиолинии, полученный при использовании данной антенны в сравнении с эталонной. В зависимости от выбора эталонной антенны различают: - абсолютный (изотропный) коэффициент усиления Gi, когда эталонной антенной является изотропный излучатель; - коэффициент усиления относительно полуволнового диполя Gd, когда эталонной антенной является полуволновой симметричный вибратор (диполь), в экваториальной плоскости которого находится заданное направление. Ближняя (реактивная) зона – зона, окружающая непосредственно антенну. В которой преобладает энергия «реактивного» (связанного с антенной) ЭМП. Дальняя зона антенны – зона созданного антенной ЭМП, в которой распределение поля практически не зависит от расстояния между точкой наблюдения в этой зоне и произвольной точкой на антенне. Промежуточная зона лежит между внешней границей ближней зоны и внутренней (ближней) границей дальней зоны антенны. 5.3 Воздействие ЭМП на человека Различают несколько различных типов воздействия ЭМП на человека: Тепловое действие ЭМП. Оно определяется следующими факторами: 6. Потерями на токи проводимости и смещения в тканях организма, обладающих определенной проводимостью. Потери возрастают с ростом частоты. 7. Отражением на границах раздела и, в частности, на границе «воздухткань» 8. Проникновением ЭМП вглубь тканей. С увеличением частоты глубина проникновения уменьшается. Жировой слой между тканями – увеличивает поглощенную энергию. 9. Резонансными явлениями, связанными резонансами внутренних органов. с ростом человека, 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ и 94 10. Перераспределением тканями через кровь. тепловой энергии между соседними Действие ЭМП больших интенсивностей, вызывающее повышение температуры облучаемых тканей, приводит к поражению в первую очередь тканей, имеющих слабый теплообмен с другими тканями, например, хрусталик глаза. Оно может вызвать разрыв капилляров и кровоизлияния, ожоговые поражения различной степени тяжести, вплоть до разрушения и гибели клеток. Специфическое воздействие ЭМП. Наблюдается огромное разнообразие явлений, происходящих в организме при воздействии ЭМП, и которые нельзя объяснить только тепловыми явлениями. Информационное воздействие ЭМП. Ученые обнаружили резонансный характер нетеплового воздействия, которое наблюдается на частотах, близких к собственным частотам колебаний биологических молекул и надмолекулярных систем. Воздействие ЭМП в этом случае носит не энергетический, а информационный характер. Таблица 5.2 - Глубина проникновения ЭМП в различные ткани, см. Ткань Частота, МГц 100 200 400 1000 3000 10000 Костный мозг 22,9 20,66 18,37 11,90 9,92 0,34 Головной мозг 3,55 4,13 2,07 1,93 0,47 0,16 Хрусталик глаза 9,42 4,39 4,23 2,91 0,50 0,17 Кровь 2,86 2,15 1,79 1,40 0,78 0,14 Мышцы 3,45 2,32 1,84 1,46 - 0,31 Кожа 3,76 2,78 2,18 1,64 0,64 0,18 5.4 Система защиты окружающей среды и человека от ЭМП Комплекс различных организационных, нормативных, технических, научных и других мероприятий, документов, решений составляют систему защиты окружающей среды и человека от ЭМП. Основные элементы системы: - нормирование ЭМП; - прогнозирование электромагнитной обстановки; - защита от ЭМП. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 95 Нормирование ЭМП в окружающей среде. Нормирование – это установление предельно допустимого уровня (ПДУ) воздействующего фактора, в нашем случае – ЭМП. Прогнозирование ЭМП. Любая радиостанция, телецентр, радиоцентр могут находиться на стадиях проектирования, привязки к местности, строительства, эксплуатации, реконструкции. И всегда необходимо иметь информацию о том, как будет загрязнять этот объект окружающую среду ЭМП. Защита от ЭМП. Конечной целью системы защиты окружающей среды и человека от ЭМП является разработка и внедрение различных защитных мероприятий, методов защиты, материалов и т.п. Предельно допустимый уровень (ПДУ) – уровень вредного фактора, который не должен вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований. ПДУ устанавливается по одному из биологически активных параметров воздействующего фактора. В отечественных нормативных документах нормирование ЭМП производится отдельно для производственного персонала и населения. При этом учитывается, что население может облучаться круглосуточно, а производственный персонал может попадать в ЭМП только в течение рабочей смены на производстве – 8 часов. 5.5 Нормативные документы 1. Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ). Санитарные нормы и правила. СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96.- М.: Госкомсанэпиднадзор России, 1996. [38] Устанавливают предельно допустимые уровни электромагнитных полей (круглосуточное непрерывное излучение) (таблица 5.3) и предельно допустимые значения дозы электромагнитного излучения для производственного персонала (таблица 5.4). Таблица 5.3 - Предельно допустимые уровни электромагнитных полей Номер диапазона Вид радиоволн Диапазон частот Диапазон длин волн. ПДУ 5 Километровые волны (НЧ) от 30 до 300 кГц от 10 до 1 км 25 В/м 6 Гектометровые волны (СЧ) от 0,3 до 3 МГц от 1 до 0,1 км 15 В/м 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 96 7 Декаметровые волны (ВЧ) от 3 до 30 МГц от 100 до 10 м 10 В/м 8 Метровые волны (ОВЧ) от 30 до 300 МГц от 10 до 1 м 3 В/м 9 Дециметровые волны (УВЧ) от 300 до 3000 МГц от 1 до 0,1 м 10 мкВт/см2 10 Сантиметровые волны (СВЧ) от 3 до 30 ГГц от 10 до 1 см 10 мкВт/см2 11 Миллиметровые волны (КВЧ) от 30 до 300 ГГц от 10 до 1 мм 10 мкВт/см2 Таблица 5.4 - Предельно допустимые значения энергетической экспозиции Диапазон частот Предельно допустимая энергетическая экспозиция от 0,3 до 3 МГц 20000 (В/м)2⋅ч, 200 (А/м)2⋅ч от 3 до 30 МГц* 7000 (В/м)2⋅ч от 30 до 50 МГц 800 (В/м)2⋅ч, 0,72 (А/м)2⋅ч от 50 до 300 МГц* 800 (В/м)2⋅ч от 300 МГц до 300 ГГц 200 мкВт⋅ч/см2 * - норматив по магнитной составляющей не разработан 2. Временные допустимые уровни (ВДУ) воздействия электромагнитных излучений, создаваемых системами сотовой радиосвязи. Гигиенические нормативы. ГН 2.1.8/2.2.4.019-94. – М.: Госкомсанэпиднадзор России, 1995. [39] Таблица 5.5 Предельно допустимые уровни электромагнитных полей, создаваемых сотовыми системами связи № п/п 1 Категория облучения Предельно допустимые уровни ППЭПДУ=200 мкВт⋅ч/см2/Т Профессиональное воздействие 200 мкВт⋅ч/см2 –ПДУ энергетической нагрузки за рабочую смену; Т – время облучения, ч. ППЭПДУ=1000 мкВт/см2 – это максимально допустимое значение 2 Непрофессиональное воздействие: - население от базовых станций; ППЭПДУ=10 мкВт/см2 - облучение радиотелефонов. ППЭПДУ=100 мкВт/см2 пользователей 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 97 5.6 Санитарные зоны и санитарный паспорт объекта Санитарная зона излучающего объекта или технического средства – область пространства, в которой превышаются предельно допустимые уровни ЭМП при изолированном и смешанном характере воздействия. Санитарно-защитная зона – площадь, примыкающая к технической территории радиотехнического объекта. Граница санитарно-защитной зоны определяется на высоте до двух метров от поверхности земли по предельно допустимым уровням ЭМП при изолированном или смешанном характере воздействия или по превышению критерия безопасности окружающей среды при смешанном и комбинированном характере воздействия. Зона ограничения застройки – территория, где на высоте более двух метров от поверхности земли превышаются предельно допустимые уровни ЭМП при изолированном или смешанном характере воздействия или по превышению критерия безопасности окружающей среды при смешанном и комбинированном характере воздействия Площадки для размещения радиотехнических объектов выбираются с учетом мощности передатчиков, характеристики направленности, высоты размещения и конструктивных особенностей антенн, рельефа местности, функционального назначения прилегающих территорий, этажности застройки. Для передающих станций, оборудованных антеннами направленного действия, санитарно-защитные зоны и зоны ограничений устанавливаются в направлении излучения электромагнитной энергии, однако при этом должны учитываться также боковые и задние лепестки характеристик излучения антенн. Санитарный паспорт и его состав Каждый радиотехнический объект, излучающий в окружающую среду электромагнитную энергию, должен иметь санитарный паспорт, содержащий следующие данные: - наименование объекта и его адресные данные; - год ввода объекта в эксплуатацию и сведения о реконструкции объекта; - мощность, режимы модуляции и рабочие частоты каждого передатчика; - типы применяемых антенн, места и высоты их установки, коэффициенты усиления, направления излучения и диаграммы 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 98 направленности плоскостях; антенн в горизонтальной и вертикальной - ситуационный план объекта с указанием границы санитарнозащитной зоны и зоны ограничений застройки; - материалы расчета распределения уровней ЭМП на территории, прилегающей к радиотехническому объекту; - протоколы с результатами измерений уровней ЭМП с указанием используемых измерительных приборов; - заключение специалиста санитарно-эпидемиологической службы по результатам обследования объекта; - результаты выполнения эпидемиологической службы; предписаний санитарно- - дату обследования объекта. Санитарный паспорт составляется администрацией радиотехнического объекта, подписывается его руководителем и представителем санитарно-эпидемиологической службы. Паспорт хранится на объекте и предъявляется по специальному предписанию в установленном порядке. 5.7 Мероприятия по охране окружающей среды Строительство и эксплуатация базовых станций и соединительных линий на участках BSC-MSC и MSC – объекты присоединяющихся сетей (кабельных, радиорелейных) оказывает вредное воздействие на окружающую среду, в соответствии, с чем требуется выполнение специальных мероприятий, ослабляющих это воздействие или исключающих его. В конкретных проектах на строительство базовых станций и кабельных, радиорелейных линий связи, должны разрабатываться разделы "Охрана окружающей природной среды", в которых предусматриваются затраты на выполнение этих мероприятий. При проектировании и строительстве вышеупомянутых объектов определяется совокупность мероприятий, методов и средств, которые минимизируют или полностью исключают возможные вредные воздействия на природу в процессе строительства и эксплуатации этих объектов. Вопросы охраны природы должны являться объектом пристального внимания на всех стадиях проектных работ. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 99 При эксплуатации базовых станций и радиорелейных линий основным производственным процессом в передаче сигналов является излучение радиоволн в пространство. К основным показателям, определяющим биологическое воздействие этих технических средств на окружающую среду можно отнести: - величину излучаемой мощности; - коэффициент плотности сети радиопередающих средств; - продолжительность работы станции; - сосредоточение на одной станции большого числа технических средств (передатчиков и антенных систем). Все источники радиочастотных излучений создают в районе размещения станции биологически опасную зону, размеры которой зависят от мощности передатчика, коэффициента усиления антенны, значения предельнодопустимой плотности потока мощности. Для защиты от вредного воздействия радиочастотных излучений на окружающую среду все вновь строящиеся объекты проектируются с учетом установленных санитарно-защитных норм. Расчет санитарно-защитной зоны (СЗЗ) и зоны ограничения застройки (ЗОЗ) должен выполняться в соответствии с "Санитарными правилами и нормами на электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ)" СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96 [38] с учетом действующих на территории региона внутренних санитарных норм и правил, а также: - методическими указаниями МУК 4.3.046 "Определение уровней электромагнитного поля в местах размещения передающих средств и объектов сухопутной подвижной радиосвязи ОВЧ и УВЧ диапазонов" []. - Методическими указаниями МУК 4.3.680 "Определение плотности потока мощности электромагнитного поля в местах размещения радиосредств, работающих в диапазоне 700 МГц – 30 ГГц" []. 5.8 Базовые станции систем мобильной связи "Базовые станции поддерживают связь с находящимися в их зоне действия мобильными радиотелефонами и работают в режиме приема и передачи сигнала. В зависимости от стандарта, БС излучают электромагнитную энергию в диапазоне частот от 463 до 1880 МГц. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 100 Антенны БС устанавливаются на высоте 15–100 метров от поверхности земли на уже существующих постройках (общественных, служебных, производственных и жилых зданиях, дымовых трубах промышленных предприятий и т. д.) или на специально сооруженных мачтах. Передающие (приемопередающие) антенны БС могут быть двух типов: - с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости (тип «Omni») – рисунок 4.1; - направленные (секторные) – рисунок 4.2. Рисунок 4.1 – Распределение ЭМП антенны с круговой диаграммой направленности 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 101 Рисунок 4.2 – Диаграмма направленности секторной антенны Исходя из технологических требований построения системы сотовой связи, диаграмма направленности антенн в вертикальной плоскости рассчитана таким образом, что основная энергия излучения (более 90%) сосредоточена в довольно узком "луче". Он всегда направлен в сторону от сооружений, на которых находятся антенны БС, и выше прилегающих построек, что является необходимым условием для нормального функционирования системы. БС являются видом передающих радиотехнических объектов, мощность излучения которых (загрузка) не является постоянной 24 часа в сутки. Загрузка определяется наличием владельцев сотовых телефонов в зоне обслуживания конкретной базовой станции и их желанием воспользоваться телефоном для разговора, что, в свою очередь, коренным образом зависит от времени суток, места расположения БС, дня недели и др. В ночные часы загрузка БС практически равна нулю, т. е. станции в основном "молчат". Типичные графики суточной загрузки БС, расположенных в центре Москвы, в районе массовой жилой застройки и в Московской области в рабочие дни представлены на рисунке 4.3. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 102 Исследования электромагнитной обстановки на территории, прилегающей к БС, были проведены специалистами разных стран, в том числе Швеции, Венгрии и России. По результатам измерений, проведенных в Москве и Московской области, можно констатировать, что в 100% случаев электромагнитная обстановка в помещениях зданий, на которых установлены антенны БС, не отличалась от фоновой, характерной для данного района в данном диапазоне частот. На прилегающей территории в 91% случаев зафиксированные уровни электромагнитного поля были в 50 раз меньше ПДУ, установленного для БС. Максимальное значение при измерениях, меньшее ПДУ в 10 раз, было зафиксировано вблизи здания на котором установлено сразу три базовые станции разных стандартов. Имеющиеся научные данные и существующая система санитарно– гигиенического контроля при введения в эксплуатацию базовых станций сотовой связи позволяют отнести базовые станции сотовой связи к наиболее экологически и санитарно–гигиенически безопасным системам связи" []. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 103 5.9 Пример расчета СЗЗ и ЗОЗ Исходные данные Дана базовая станции сотовой связи GSM, работающая в диапазоне 900 МГц со следующими характеристиками: Параметр Значение Мощность на выходе стойки БС, Вт 10 Антенна Kathrein 730 736 Коэффициент усиления, dBi Ширина ДН плоскости, ° Ширина ДН плоскости, ° в в 18,5 горизонтальной 65 вертикальной 6,5 Механический наклон, ° 0 Высота центра излучения, м 22 Кабель LCF 7/8" Длина, м 50 Потери, dB 2,2 Дополнительные потери, dB 0,5 Необходимо рассчитать радиус санитарно-защитной зоны и радиус зоны ограничения застройки. Решение В диапазоне 900 МГц установлена следующая норма предельно допустимого уровня электромагнитных полей, создаваемых базовыми станциями сотовых систем связи: ППЭПДУ = 10 мкВт/см2 = 0,1Вт/ м2 [38] Границы СЗЗ и ЗОЗ определяются на основе санитарных норм по известному распределению ЭМП в соответствии с методическими указаниями "Определение уровней электромагнитного поля в местах размещения средств телевидения и ЧМ-радиовещания" МУК 4.3.045-96, " Определение уровней электромагнитного поля в местах размещения 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 104 передающих средств и объектов сухопутной подвижной радиосвязи ОВЧ м УВЧ диапазонов" МУК 4.3.046-96. [] Пересчет электрической составляющей ЭМП в плотность потока энергии (ППЭ) производится по формуле ППЭ = Е2/3.77 мкВт/см2 где Е - значение электрической составляющей напряженности ЭМП в В/м. Основой метода расчета напряженности электрической составляющей поля (независимо от целей прогноза) является интерференционная формула Б.А. Введенского: /””””””””””” \/ 30*P*G*Пафт E = ------------- * Кф * F(альфа) * F(фи), [ ] R где P - мощность на входе антенно-фидерного тракта, Вт; G - коэффициент усиления антенны относительно изотопного излучателя, определяемый в направлении максимального излучения; Пафт = По x Пт - коэффициент потерь в антенно-фидерном тракте; По - потери на отражение, обусловленные недостаточным уровнем согласования антенны с магистральным фидером (обычно По > 0,9); Пт - КПД фидера, определяемый тепловыми потерями (характеристики фидеров на поставляемую длину приводятся в справочниках, выпущенных ГСПИ РТВ); R - расстояние от геометрического центра антенны до точки наблюдения (наклонная дальность), м; Fв(α) - нормированная диаграмма направленности (ДН) в вертикальной плоскости; α - угол, образованный направлением на точку наблюдения и плоскостью горизонта, град.; Fг(φ) - нормированная ДН в горизонтальной плоскости; 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 105 φ - азимут, град.; Кф = 1,15 ... 1,3 - множитель ослабления, учитывающий городскую застройку. Высоту точки расчета примем равной двум метрам для расчета санитарно-защитной зоны и высоте центра излучения для расчета зоны ограничения застройки. Расстояние до точки считаем по формуле: Rнакл = квадратный корень из (R^2 + (высота антенны – 2)^2) Результаты расчета приведены в таблице Б.1. По результатам построен график распределения ППЭ в зависимости от расстояния (рисунок 4.4). Рисунок 4.4 – Распределение ППЭ базовой станции При расчете ППЭ с учетом диаграммы направленности использовалась линейная аппроксимация ДН, при этом принималось во внимание, что коэффициент усиления антенны G снижался на границах ДН на 3 dB. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 106 Заключение В данной работе была исследована технология GPRS, как средство мобильного доступа в Интернет. 1) Основные концепции 2) Логическая архитектура 3) Управление мобильностью Достоинства и недостатки Приложения GPRS. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 107 Список использованных источников. 1. Материалы сайта – URL://www.rcb.dk. 2. Косинов М.И. Мобильный интернет // Аналитический и информационный журнал Документальная Электросвязь.- 2001.№ 5.- С. 60. 3. Громаков Ю.А. О конвергенции Интернета и сотовой связи // Мобильные системы.- 2001.- № 1.- С. 4-9. 4. Невдяев Л.М. Мобильная связь 3-го поколения. Серия изданий «Бизнес и связь». – М.: МЦНТИ – Международный центр научной и технической информации, ООО «Мобильные коммуникации», 2000. – 208 с. 5. Granbohm H., Wiklund J. “GPRS – General Packet Radio Service” // Ericsson Review.- 1999.- № 2.- C. 12. 6. Stienbugl J. “Evolution Toward Third Generation Wireless Networks”.November 1999.- http://www.cis.ohio-state.edu. 7. Шляконов А. и др. EDGE – Эволюция системы улучшенной передачи данных для GSM и IS-136 // Мобильные системы.- 1999.- № 7.- С. 16. 8. Mouly M., Pautet M.B. The GSM System for Mobile Communication // 1992.- C. 702. 9. Громаков Ю.А. Сотовые системы подвижной радиосвязи // Технологии электронных коммуникаций. Том 48. – М.: Эко-Трендз.1994. 10. GSM 03.60: Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); General Packet Radio System (GPRS); Service description; Stage 2 // ETSI EN 301 344.- ETSI.- 2000.- http://www.etsi.org. 11. GSM 07.60 12. GSM 09.61 13. CCITT Recommendation X.121: International Numbering Plan for Public Data Networks. 14. CCITT Recommendation E.164: Numbering Plan for the ISDN era. 15. CCITT Recommendation X.75: Packet-switched signaling system between public networks providing data transmission services. 16. Bellicore GR-000301 Issue 2 December 1997: Public Packet Switched Network Generic Requirements (PPSNGR). 17. IETF RFC 791 (1981): Internet Protocol (STD 5) 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 108 18. IETF RFC 1034 (1987): Domain Names – Concepts and Facilities (STD 7) 19. GSM 04.64 20. GSM 03.64 21. GSM 03.22 22. GSM 02.60 23. GSM 12.15 24. GSM 08.18 25. GSM 08.08 26. GSM 04.08 27. GSM 03.20 28. GSM 01.61 29. GSM 09.02 30. Кузьменко В.Н. Тарификация в биллинговых системах // Мобильные системы. - 1998.- № 3.- С. 28-30 31. Дич Л. Особенности биллинга для сетей GPRS // Мобильные системы. – 2001.- № 1.- С.70-75 32. 33. Материалы сайта компании "Tele.Ring". http://gprs.telering.at. 34. Материалы сайта компании "T-D1". http://www.t-mobil.de. 35. Маслов О.Н. Электромагнитная безопасность мобильных средств для систем подвижной и сотовой радиосвязи. // Мобильные системы. – 2000. - № 11. – С. 12-17. 36. Бузов А.Л., Романов В. А. Особенности нормирования, прогнозирования и измерения электромагнитных полей вблизи технических средств и объектов связи. // Метрология и измерительная техника в связи. – 1999. - № 5. – С. 24-26. 37. Бузов А.Л. и др. Электромагнитная экология в 8-11 классах средней школы: Учебно-методическое пособие по интегрированному курсу. // Школа-Пресс, СОНИИР.- 2000.- 190 с.: ил. 38. Бузов А.Л., Сподобаев Ю.М. Электромагнитная экология. Основные понятия и нормативная база: Учебное пособие для студентов, обучающихся по специальностям 201100 "Радиосвязь, радиовещание и телевидение" и 2012 "Средства связи с подвижными объектами" // М.: Радио и связь. – 1999. – 78 с.: ил. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 109 39. Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ). Санитарные нормы и правила. СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96.- М.: Госкомсанэпиднадзор России.- 1996. 40. Временные допустимые уровни (ВДУ) воздействия электромагнитных излучений, создаваемых системами сотовой радиосвязи. Гигиенические нормативы. ГН 2.1.8/2.2.4.019-94. – М.: Госкомсанэпиднадзор России.- 1995. 41. Определение уровней электромагнитного поля в местах размещения передающих средств телевидения и ЧМ радиовещания. Методические указания. МУК 4.3.045-96. М.: Госкомсанэпиднадзор России.- 1996. 42. Определение уровней электромагнитного поля в местах размещения передающих средств и объектов сухопутной подвижной радиосвязи ОВЧ и УВЧ диапазонов. Методические указания. МУК 4.3.046-96. М.: Госкомсанэпиднадзор России.- 1996. 43. Определение плотности потока излучения электромагнитного поля в местах размещения радиосредств, работающих в диапазоне частот 700 МГц – 300 ГГц. Методические указания. МУК 4.3.680-97. М.: Госкомсанэпиднадзор России.- 1997. 44. Материалы сервера Российского национального комитета по защите от неионизирующих излучений. – http://pole.com.ru. 45. 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 110 Приложения Приложение А. Сокращения 15.02 ÇÔ 200700 Ä04 ÏÇ 111